Zaif signallardan farq qilish: yuqori-aniqlikdagi termojuft kuchaytirgich sxemalarini loyihalash sanʼati

Sanoat o'lchovlarida harorat hal qiluvchi parametrdir va termojuftlar eng ko'p ishlatiladigan harorat sensorlaridan biri sifatida{0}}odatda faqat mikrovolt (mV) dan millivolt (mV) oralig'ida juda zaif chiqish signallarini ishlab chiqaradi. Shovqin shovqinlarini samarali bostirish bilan birga, ushbu zaif signallarni aniq kuchaytirish ko'plab muhandislar uchun qiyinchilikka aylandi.

Termojuftlar Seebek effekti asosida ishlaydi: turli materiallarning ikkita o'tkazgichi yopiq zanjir hosil qilganda, ularning uchlari o'rtasida harorat farqi mavjud bo'lganda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan termoelektrik elektr harakatlantiruvchi kuchi hosil bo'ladi. K tipidagi termojuftlar (nikel{1}}xrom/nikel-kremniy) eng keng tarqalgan turi bo'lib, sezgirligi taxminan 41 mkV/darajani tashkil qiladi, ya'ni haroratning 1 daraja o'zgarishi ham chiqish kuchlanishining atigi 0,041 mV o'zgarishiga olib keladi.

Yuqori{0}}aniqlik kuchaytirgich sxemalarini loyihalashda asosiy fikrlar

1. Asbob kuchaytirgichining asosiy roli

Juda zaif termojuft signali tufayli yuqori{0}}daromad, past-shovqin kuchaytirgich zarur. Yuqori kirish empedansi, yuqori umumiy{3}}rejimni rad etish nisbati (CMRR) va past shovqin xususiyatlariga ega asbob kuchaytirgichlari ideal tanlovdir. OP07 kabi yuqori-aniqlikdagi operatsion kuchaytirgichlar ko'pincha oldindan kuchaytirgich sifatida ishlatiladi. Ular juda past kirish ofset kuchlanishiga va joriy haroratning siljishiga ega bo'lib, mikrovolt{8}}darajali signallarni sezilarli xatolarga yo'l qo'ymasdan samarali kuchaytiradi.

Kuchaytirgich sxemalari odatda ikki bosqichli konstruksiyadan foydalanadi: birinchi bosqich differensial kuchaytirgich bo‘lib, dastlab signal amplitudasini oshirish va umumiy{1}}rejim shovqinlarini bostirish uchun ishlatiladi; ikkinchi bosqich signalni ADC olish uchun mos diapazongacha kuchaytiradi (masalan, 0-5V). Daromadni hisoblash formulasi: V_out=(1 + R_f/R_in) (V_T+ - V_T-). Tegishli qayta aloqa qarshiligini tanlab, kerakli kuchaytiruvchi omilni olish mumkin.

2. Shovqin aralashuvini yengish uchun kompleks strategiyalar

Sanoat muhiti elektromagnit parazitlarga to'la va termojuftlarning uzun simlari shovqinni qabul qilish uchun antenna sifatida harakat qilish ehtimoli ko'proq. Shovqinni pasaytirish ko'p qirrali-yondashishni talab qiladi:

Filtrlash dizayni: Kirishga RFI filtrini qo'shish (masalan, 100 nF kondansatör bilan ketma-ket 10 Ō rezistor) radio chastotali shovqinlarni samarali ravishda bostirishi mumkin. Keyingi sxemalar yuqori chastotali shovqinni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin bo'lgan 10 Gts ga yaqin o'chirish chastotasiga ega ikkinchi-Sallen{6}}Kalit past{7}}o'tish filtridan foydalanishi mumkin.

Himoyalash va topraklama: Termojuft signallarini uzatish uchun ekranlangan oʻralgan juftlik-kabeldan foydalanish va ekranlovchi qatlamning toʻgʻri-nuqtali topraklanmasını taʼminlash elektromagnit parazitlarni kamaytirishning asosiy chora-tadbirlaridir. Analog zamin mustaqil ravishda mis bilan yotqizilishi kerak, kamida 2 sm² maydonni qoplaydi va raqamli erdan ajratiladi; bu shovqinni 70% ga kamaytirishi mumkin.

Izolyatsiya texnologiyasi: Signal zanjiriga optokuplerlar yoki magnit izolyatorlarni qo‘shish yerga ulash halqalarini va yuqori{0}}voltajli vaqtinchalik shovqinlarni samarali tarzda bloklaydi va o‘lchash tizimini himoya qiladi. ADuM1201 kabi magnit izolyatorlar og'ir sanoat muhitlari uchun mos{3}}100 kV/ms umumiy rejimdagi vaqtinchalik immunitetga ega.

3. Sovuq Junction kompensatsiyasi ajralmas hisoblanadi

Termojuftlar mutlaq haroratni emas, balki issiq va sovuq birikmalar orasidagi harorat farqini o'lchaydi. Sovuq birikma haroratining o'zgarishi bevosita o'lchov xatolarini keltirib chiqaradi. Shuning uchun sovuq birikmaning kompensatsiyasi juda muhimdir.

Umumiy usullarga quyidagilar kiradi:

Sovuq ulanish haroratini aniq o'lchash uchun termistorlar yoki diodli harorat sensorlaridan foydalanish.

Harorat bilan o'zgaruvchan mis qarshiligining xususiyatlariga asoslanib, sovuq birikma harorati o'zgarishi ta'sirini avtomatik ravishda qoplash uchun muvozanatsiz ko'prik usulidan foydalanish.

Sovuq ulanish kompensatsiyasi va signalni chiziqlilashtirish uchun AD594 yoki MAX6675 kabi ilovaga oid maxsus integral mikrosxemalar (ASIC){0}}dan foydalanish dizaynni soddalashtiradi.

4. ADC konversiyasi va signalni qayta ishlash

Kuchaytirilgan analog signalni raqamli signalga aylantirish kerak. Yuqori aniqlikdagi ADC-ni tanlash juda muhim; 24-bitli S-D ADC (masalan, AD7176) daqiqada 1 ppm (millionda qism) ruxsatga erishishi mumkin va uning o‘rnatilgan raqamli filtri 50/60 Gts quvvat chastotasi shovqinini samarali ravishda yo‘q qiladi.

Dasturiy ta'minot algoritmlari ham bir xil darajada muhimdir: raqamli filtrlash (harakatlanuvchi o'rtacha yoki Kalman filtrlash kabi), chiziqli bo'lmagan tuzatish (polinom tenglamalari yoki NIST tomonidan taqdim etilgan qidiruv jadvallari yordamida) va davriy avtomatik kalibrlash algoritmlari o'lchov aniqligi va uzoq{1}}barqarorligini yanada yaxshilashi mumkin.

Amaliy mulohazalar

Yuqori aniqlikdagi termojuft kuchaytirgich sxemalarini loyihalashda quyidagilarni ham hisobga olish kerak:

Komponentni tanlash: harorat o'zgarishini kamaytirish uchun 1% nozik metall plyonkali rezistorlardan foydalaning; ajralmas shovqinni kamaytirish uchun -past shovqinli operatsion kuchaytirgichlarni (masalan, OPA211) tanlang.

Quvvat manbaini ajratish: quvvat manbai shovqinini bostirish uchun har bir op{1}}amper quvvat manbai pinining yoniga 0,1 mkF ajratuvchi kondansatör qo'shing.

Tartib va ​​marshrutlash: o'zaro aloqani kamaytirish uchun raqamli va analog signal liniyalari o'rtasida kamida 3 mm masofani saqlang. Signal yo'llari imkon qadar qisqa bo'lishi kerak.

Harorat diapazoni: Barcha komponentlar tizimning butun harorat oralig'ida barqaror ishlashini ta'minlang.