Задатчик на базе терморезисторов

Для терморезистивного датчика из [2] берутся данные для построения характеристики R=¦(t°C) (рис. 5.1).

Рис.5.1. Выходная характеристика датчика   Рис.5.1. Выходная характеристика датчика   Рис.5.1. Выходная характеристика датчика   Рис.5.1. Выходная характеристика датчика

 

Для заданного диапазона температуры (например – 15°С – 30°С) определяется диапазон изменения сопротивления датчика (R_min, R_{ma x} ). Кроме того, необходимо написать уравнение характеристики (прямая, проходящая через две точки) R=¦(t°C), которое будет использоваться в дальнейших расчетах.

Наиболее часто датчик включается в мостовую схему вида рис. 5.2.

Рис 5.2. Задатчик: двухпроводная схема подключения датчика температуры(а);

трехпроводная схема подключения датчика температуры(б)

 

Резистор R₂ – это сам датчик, R₅ – непосредственно задатчик, который позволяет установить требуемую температуру, и его можно оцифровать не в Ом, а в t°С. При достижении температуры мост будет уравновешен и U_вых=0. Для расчета всех резисторов можно воспользоваться известным соотношением для уравновешенного моста, причем стоит задача рассчитать R₅ так, чтобы обеспечить работу системы во всем заданном диапазоне работы датчика. При R_{2 min} мост уравновешен, когда движок R₅ будет находиться в крайнем левом положении, т. е. будет справедливо равенство

R_{2 min}(R₄+R₅)=R₁ R₃.

Когда температура максимальная, то равновесие моста будет при движке R ₅ вправо и тогда R_{2 max} R₄=(R₁+R₅) R₃.

Есть два уравнения и 4 неизвестных R₁, R₃, R₄ и R_5. Поэтому необходимо задать величины двух любых резисторов (желательно не R₅) и решить эту систему уравнений, при этом следует учитывать две проблемы:

1) желательно, чтобы мост состоял из низкоомных резисторов (выходное сопротивление моста будет меньше, что повысит точность системы и будет легче его настройка);

2) ток через датчик должен быть такой, чтобы не было эффекта саморазогрева датчика от источника E₁. Следует знать этот ток или допустимую мощность рассеивания и проверить в рассчитанной схеме следующее неравенство: I_R2 < I_{саморазг} (обычно P_дат£1 мВт).

Поэтому обычно не задают, а рассчитывают исходя из этого условия. Вначале находят допустимый ток через датчик:

,

так как,

 

( ).

Исходя из выше приведённых формул определяют величину :

 

Рассчитывать резисторы для определения равновесия моста необходимо очень точно (4 знака после запятой). Затем необходимо уточнить баланс моста для R_{2 min} или R_{2 max}, т.е. определить U_вых (например, для R_{2 min}), приняв E₁=5 В:

; (5.1)

 

; (5.2)

 

ε₁= U_aв= U_ас – U_вс .

 

Напряжение U_ав (U_ас и U_вс) следует определить с точностью до 5 знаков после запятой (величины резисторов необходимо подставлять с точностью до 4 знаков после запятой; U_ав должно быть порядка U_ав=0,00000…). В противном случае мост неуравновешен и следует пересчитать резисторы.

Затем необходимо из уравнения датчика определить R₂ (отличное от R_2min) при уходе температуры на 1% от заданного диапазона. Если рассчитываемый диапазон Dt˚C=30 – (–15)=45°С, 1% составит 0,45°С, т. е. необходимо определить R₂ при t˚C= –15+0,45°С. Затем эту величину подставляем в (5.2) и определяем ε₁. Это уже будет напряжение на выходе задатчика, которое и должна отрабатывать САУ (будет определять ее чувствительность или точность).

Трехпроводная схема (рис. 5.2, б) компенсирует погрешности соединительных проводов.

После расчетов выбирают резисторы в соответствии с общими требованиями.