8.4 Блок усилителей сигналов низкого уровня бут-10 (бут-10м)

Усилитель БУТ-10 (БУТ-10М) выполняет следующие функции:

1) преобразовывает сигнал термопары типов ТХА, ТХК, ТВР, ТПП и ТПР в токовый сигнал (0 - 5) мА;

2) обеспечивает компенсацию термо-ЭДС свободных концов термопары;

3) обеспечивает подавление нуля входного сигнала и растяжку диапазона изменения входного сигнала.

Один блок БУТ-10 (БУТ-10М) содержит два независимых канала усиления.

БУТ-10 (БУТ-10М) может использоваться не только для усиления сигнала термопары, но также для усиления напряжения низкого уровня (1 - 100 мВ), полученного от источника ЭДС.

Усилитель БУТ-10 (БУТ-10М) питается от нестабилизированного напряжения 24 В постоянного тока (например, от блока питания БП-Ш).

Выход усилителя БУТ-10 (БУТ-10М) подключается к аналоговому входу блока БК или БУСО, настроенному на диапазон (0-5) мА.

Усилитель БУТ-10 (БУТ-10М) рассчитан на навесной монтаж (рис. 8.4), содержит гнездо разъема РП15-9 (БУТ-10М - имеет гнездо разъема DB-9) и клеммную колодку под винт М4. Через разъем к блоку подводится питание и снимается выходной сигнал. К клеммной колодке с помощью компенсационных проводов подключается термопара.

Технические характеристики блока БУТ-10 (БУТ-10М).

Номинальное начальное значение входного сигнала (смещение), в мВ:

0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 40.

Номинальный диапазон изменения входного сигнала, в мВ:

1, 2, 5, 10, 15, 25, 40, 60, 80, 100.

Примечание. Номинальные величины начального значения и диапазона изменения входного сигнала каналов и типы датчиков указываются в спецификации заказа.

Номинальная статическая характеристика канала:

Yi=5*(Ui+К*ti-Uo)/DU;

где: Y - текущее значение выходного сигнала, мА;

U - текущее значение входного сигнала, мВ;

Uо - номинальное начальное значение входного сигнала, мВ;

DU - номинальный диапазон изменения входного сигнала, мА;

K - коэффициент преобразования из таблицы 8.2.

Таблица 8.2

Тип датчика	ТПР	ТПП	ТВР	ТХА	ТХК
К,(мВ/1град.С)	0	0,006	0,0126	0,04044	0,066

Сопротивление нагрузки до 1 кОм.

Каналы блока гальванически изолированы друг от друга.

Рис.8.4

Входные и выходные цепи канала блока гальванически связаны между собой.

Наибольшая погрешность преобразования входного сигнала, выраженная в процентах от номинального диапазона изменения выходного сигнала не превышает:

±0,4 - для блоков с диапазоном изменения входного сигнала DU ³ 10 мВ;

±[0,4+0,4*(10/DU-1)] - для блоков с диапазоном изменения входного сигнала DU<10 мВ.

Питание блока - источник напряжения постоянного тока 24 В с допускаемыми отклонениями от номинального значения не более +15 % и -20 %.

Ток потребляемый блоком от источника питания не более 80 мА.

В зависимости от числа термопар в состав одного контроллера может входить несколько блоков БУТ-10. Их количество, вид термопар и настройка каналов указываются в заказе.

Функциональная схема блока приведена на рис. 8.5.

Блок содержит два канала усиления, состоящих из следующих функциональных узлов: мостовой схемы М, трехкаскадного усилителя У, цепи отрицательной обратной связи ОС, источника питания В1 (В2), источника образцового напряжения ИОН, а также общих на оба канала стабилизатора С и генератора Роера Г с развязывающим трансформатором Т.

С помощью мостовой схемы осуществляется компенсация ненулевого начального значения входного сигнала.

Мостовая схема блоков, предназначенных для работы с термопарами типов ТХА, ТХК, ТВР, ТПП дополнительно осуществляет автоматическую компенсацию термо-э.д.с. свободных концов термопары с помощью медного чувствительного элемента RК, включенного в плечо места и установленного вблизи места подключения свободных концов термопары ТП в клеммной коробке блока.

Входной сигнал блока, суммированный с выходным напряжением мостовой схемы, поступает на входной каскад усилителя канала, являющийся одновременно активным фильтром.

На выходе первого каскада включен дополнительный RС-фильтр, который совместно с первым каскадом обеспечивает необходимое подавление поперечной помехи.

Второй и третий каскады усилителя канала обеспечивают усиление по мощности до унифицированного сигнала постоянного тока.

Все каскады усилителя охвачены глубокой отрицательной обратной связью по выходному току.

Источники В1 (В1) обеспечивают напряжения +15 и -15 В, необходимые для питания каскадов усилителя, а также источника ИОН, который формирует образцовое напряжение для питания мостовой схемы.

Для обеспечения помехозащищенности и гальванического разделения каналов друг от друга питание каждого канала усилителя осуществляется от отдельной обмотки развязывающего трансформатора Т, являющегося частью схемы генератора Роера Г. Генератор Роера стабилизирован по питанию стабилизатором С.

Принципиальная электрическая схема блока БУТ-10 (БУТ-10М) — ЯЛБИ.426442.002 ЭЗ.

Блок выполнен на аналоговых интегральных микросхемах и полупроводниковых элементах.

Первые каскады усилителей каналов выполнены на прецизионном операционном усилителе К140УД17 (D3), включенном по схеме активного фильтра. С выхода первого каскада сигнал поступает на дополнительный фильтр R26, C21, далее на операционный усилитель второго каскада, выполненный на микросхеме D4, а с него на усилитель мощности на транзисторе V14.

Резистор R32 обеспечивает отрицательный участок передаточной характеристики.

Цепь отрицательной обратной связи состоит из резисторов R21, R22, R24, R25, R27 и R29. Дискретная установка крутизны передаточной характеристики осуществляется резистором R24*.

Плавная регулировка крутизны передаточной характеристики осуществляется потенциометром R27.

Элементы R17, R23, V12 составляют цепь сигнализации обрыва линии связи с датчиком. При обрыве линии связи с датчиком выходной сигнал канала блока принимает значение в диапазоне (6-8) мА.

Корректор «нуля» образован резисторами R9, R13, R14 и потенциометром R12. Питание плеч корректора «нуля» осуществляется от источника образцового напряжения (D2) и стабилитрона V11.

Дискретная установка величины подавления начального значения входного сигнала осуществляется резистором R10*.

Мостовая схема включает в себя прецизионные резисторы R19, R20, R21, R23 и R16. Необходимая чувствительность мостовой схемы по температуре окружающей среды в зависимости от типа термопары определяется величиной сопротивления резистора R15*.

Питание мостовой схемы осуществляется от источника образцового напряжения, выполненного на опорном стабилитроне V9, операционном усилителе D2 и транзисторе V10. Регулировка величины выходного напряжения осуществляется потенциометром R6.

Питание каналов блока осуществляется от выпрямителей на диодах V3-V8 с фильтрующими конденсаторами C5-C16. Напряжение питания прямоугольной формы частотой (20±5) кГц снимается с выходных обмоток V и VI трансформатора Т, выполненного на кольцевом ферритовом сердечнике и включенного в схему генератора Роера на транзисторах V1 и V2. Питание генератора Роера осуществляется от интегрального стабилизатора на микросхеме D1 с фиксированным напряжением стабилизации (15 В).