Sobre el disseny i l'aplicació del sistema de mesurament de la temperatura del sensor de termopar

Com a element típic de mesura de temperatura, el sensor de termopar ha estat àmpliament utilitzat.
A continuació, es mostra un sistema de mesura de temperatura típic controlat per un sol microordinador de xip, que consta de tres parts: (1) circuit d’amplificador de mesurament; (2) Circuit de conversió A/D; (3) Circuit de visualització. S’utilitza àmpliament en els sistemes de control de temperatura i control de la temperatura en centrals elèctriques i plantes químiques.
1. Disseny de maquinari
(1) Sensor de temperatura de termopar
Aquest sistema utilitza termoparells de níquel-crom-níquel-silicon. El rang de temperatura mesurat és el grau 0-655. La compensació final freda adopta el mètode del pont de compensació. El potencial generat pel pont desequilibrat s’utilitza per compensar el canvi del potencial termoelèctric causat pel canvi de la temperatura final del fred del termopar. El pont desequilibrat consta de quatre braços de pont de resistències R1, R2, R3 (bobinatge de filferro de coure de manganès), RCU (bobinatge de fil de coure) i un regulador de tensió del pont, connectat en sèrie al circuit de termopar. RCU i l'extrem fred del termopar són a ± 0 graus i r 1= r 2= r 3=1 ω. La tensió d’alimentació del pont és de 4V, alimentada per una font d’alimentació estabilitzada en tensió. RS és una resistència de limitació actual i el seu valor de resistència varia amb diferents termoparells. El pont s’equilibra generalment a 20 graus. En aquest moment, les quatre resistències del braç del pont són r 1= r 2= r 3= rcu, i no hi ha cap sortida als extrems a i b. Quan la temperatura final del fred es desvia de 20 graus, per exemple, quan augmenta, la RCU augmenta, mentre que el potencial termoelèctric del termopar disminueix a mesura que augmenta la temperatura del final fred. La UAB és igual a la disminució del potencial termoelèctric, i el potencial de sortida es manté inalterat després que la UAB estigui superposada al potencial termoelèctric, aconseguint així la finalització automàtica de la compensació final del fred.
(2) Circuit d'amplificador de mesurament
En els circuits reals, la sortida del senyal de la termopar no és més que algunes desenes de mil·livolts (<30mV), and contains common-mode interference such as power frequency, static electricity and magnetic coupling. To amplify this kind of circuit, the amplifier circuit needs to have a high common-mode rejection ratio, high gain, low noise and high input impedance. Therefore, a measurement amplifier circuit is suitable. The measurement amplifier is also called a data amplifier, instrument amplifier and bridge amplifier. It has a high input impedance and is easy to match with various signal sources. Its input offset voltage, input offset current and input bias current are small, and the temperature drift is small. Due to the small time temperature drift, the measurement amplifier has good stability. The measurement amplifier is composed of three op amps, and the differential input terminals R1 and R2 are connected to the in-phase terminals of A1 and A2 respectively. The input impedance is very high, a symmetrical circuit structure is used, and the measured signal is directly added to the input terminal, thereby ensuring a strong ability to suppress common-mode signals. A3 is actually a differential follower, and its gain is approximately 1. The gain of the measuring amplifier is: AV=V0/(V2-V1), AV=Rf/R(1+(Rf1+Rf2)/RW). In this circuit, as long as the performance of op amps A1 and A2 is symmetrical (mainly referring to input impedance and voltage gain), their drift will be greatly reduced. They have high input impedance and common mode rejection ratio, are very sensitive to tiny differential mode voltage, and are suitable for measuring signals transmitted over long distances. Therefore, they are very easy to use with sensors with tiny outputs. RW is an external resistor used to adjust the gain, and a multi-turn potentiometer is used here.
Al circuit real, A1 i A2 utilitzen xips OP OP OP OP OP OP -07, la deriva de la temperatura de la temperatura de compensació i la deriva de la temperatura de compensació d'entrada IIOS són molt petites. OP -07 utilitza la tecnologia ultra-alta i la tecnologia de "zener fina" per fer que els seus VIOS, IIO, VIOS i IIOS siguin molt petits i s'utilitzi àmpliament en integració estable, addició de precisió, detecció de comparació i amplificació de precisió de senyals febles. OP -07 requereix una font d'alimentació doble i el rang de temperatura de funcionament és 0-70 grau. Generalment, no es requereix un ajust zero. Si es requereix un ajust zero, es pot utilitzar RW per a l’ajust. A3 utilitza el xip 741, que requereix una font d'alimentació doble, i el rang d'alimentació és ± (3-18) v. L’alimentació típica és de ± 15V, que generalment ha de ser superior o igual a ± 5V. Conté condensadors de compensació al seu interior i no calen condensadors de compensació externs.
(3) Circuit de conversió A/D (analògic a digital)
El senyal de tensió amplificat per l'amplificador de mesurament té un rang de tensió de 0-5 v. Aquest senyal és un senyal analògic i no pot ser acceptat per l’ordinador, de manera que s’ha de realitzar la conversió A/D. Al circuit real, el xip ICL7109 està seleccionat. ICL7109 és un convertidor de bit A/D de doble descripcions, de baix cost, de baix cost, de baix cost 12- bit A/D. Com que el convertidor successiu de bits 12- bit és relativament car, la velocitat de doble integral 12- es pot utilitzar en situacions de doble integració 12- en sistemes de mesura de precisió per a diversos signes de sensor com ara pesar, pressió i mesurar la temperatura.
Mitjançant l’anàlisi anterior del sistema de mesurament de la temperatura del sensor de termopar, espero que sigui útil per al treball i l’estudi de tothom.