Основные соотношения для расчета преобразователя ток-напряжение.

Исходными данными для расчета преобразователя являются:

1. Диапазон измеряемых токов I_мин, I_мах

2. Ток для максимальной измеряемой температуры I_tмах (берется из технических данных на пирометр) и минимальной температуры I_tмин (берется из технических данных на пирометр)

3. Выходное напряжение преобразователя U_вых.

Схемотехнично преобразователь может быть построен следующим образом:

Рис.10. Преобразователь I в U.

1. Задаемся значением R_ш таким образом, что бы он не оказывал влияния на выходные цепи источника сигнала. Можно принять типовое значение 100 Ом.

2. Определяем падение напряжения на шунте при токе нагрузке соответствующем заданному диапазону температуры.

U_ш.мах = І_вм.мах* R_ш,

U_ш.мин = І_вм.мин* R_ш

где І_вм.мах , І_вм.мин ток пирометра при максимальной и минимальной температуре заданного диапазона измерения.

3. Задаемся значением R1, таким образом чтобы оно не оказывало влияния на шунт. Можно принять типовое значение 5 кОм.

4. Определяем значение R2, которое обеспечивает стабильную работу ОУ. Приняв значение К_{у_t.max} = 10 получаем:

R2 = К_{у_t.max} R1.

5. Определяем выходное напряжение преобразователя при минимальном и максимальном токе заданного диапазона.

U_{вых.мах} = - К_{у_t.max}* U_ш.мах

U_{вых.мин} = - К_{у_t.max}* U_ш.мих

6. Определяем требуемое значение К_у преобразователя

Ку= U_вых/ U_{вых.мах}

10. По справочным данным выбирается тип резисторов и их номинал в соответствии с номинальным рядом. По справочным данным выбирается операционный усилитель с минимальным напряжением смещения Uсм, малыми входными токами i_вх и низкой потребляемой мощностью Рn. Коэффициент усиления должен быть по возможности высоким.

Пример расчета инструментально инвертирующего усилителя для термопары тпр

Исходные данные:

1. Диапазон измеряемой температуры Т_мин = 150 ^ОС, Т_мах = 1000 ^ОС

2. ТермоЭДС Е₁₀₀₀ = 4.834 мВ, Е₁₅₀ = 0.092 мВ

3. Выходное напряжение усилителя U_вых =10 В.

Расчет усилителя.

Инструментальный усилитель для термопары построим на основе операционного усилителя. Схема усилителя приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Инструментальный усилитель термопары.

1. Определяем необходимый коэффициент усиления по выражению:

Ку= U_вых/ Е_мах

Ку= 10/ 0,004834 =2068,68 ≈ 2068

Примем Ку инструментального усилителя = 20. Тогда общий Ку будет достигаться последующими каскадами с усилением 103.

2. Рассчитываем номиналы резисторов R1 и R2:

,

Номинал R1 принимается равным 1 кОм, что позволяет пренебречь влиянием входных токов ОУ, тогда

R2=К_у *R1.

R2=20*1кОм=20 кОм

3. Определяем выходное напряжение усилителя при минимальной и максимальной температуре диапазона

U_{вых_мах} =Е_мах *Ку;

U_{вых_мах} =4.834 *20=96,68мВ

U_{вых_мин} =Е_мин *Ку

U_{вых_мин} =0.092 *20=1,84

6. По справочным данным выбираем тип резисторов. С учетом того, что токи в преобразователи маленькие, можно выбирать резисторы мощностью до 0,125 Вт типа МЛТ. Приняв для данных резисторов ІІ класс точности, в соответствии с номинальным рядом для данного класса точности определяем номинал R1= 1 кОм и номинал R2=22 кОм.

По справочным данным выбираем тип операционного усилителя. Для решения данной задачи можно выбрать операционный усилитель общего назначения 140УД8 со следующими характеристиками:

Работа от двух источников +/-15 вольт

Tок потребления: не более 5 мА

1 МГц частота единичного усиления

2 В/мкс скорость нарастания

Малый входной ток: не более 0,2 нА

Смещение нуля не более 50 мВ

Температурный дрейф смещения нуля не более 50 мкВ/°С

Широкий диапазон допустимых синфазных напряжений: +/-10 В

Дифференциальный коэффициент усиления не менее 30 000

Внутренняя частотная коррекция

Зарубежный аналог - uA740

Индивидуальные задания

Варіант №	Тип датчика	Діапазон температур, 0С	Від вихідного сигналу	Вимірювальний підсилювач
	Пірометр ДИЭЛТЕСТ-ТВС	600 - 1200	струм	перетв. І-U
	Терморезистор КМТ-17в	0 - 120	опір	мостовий
	Термоопір ТСП50П	50 - 200	опір	перетв. R-U
	Пірометр ПД-4-02 (0..20 мА)	900 - 1500	струм	перетв. І-U
	Термопара ТПП	600 - 1500	ЕРС	Інвертуючий
	Пірометр Термоскоп-800-1С	600…1000	струм	перетв. І-U
	Термопара ТПР	400 - 1000	ЕРС	неінвертуючий
	Терморезистор ММТ-13	20 - 100	опір	перетв. R-U
	Термопара ТМК	300 - 800	ЕРС	інвертуючий
	Терморезистор СТ3-6	30 - 120	опір	перетв. R-U
	Термоопір ТСМ50М	0 - 150	опір	мостовий
	Терморезистор КМТ-4	10 - 90	опір	мостовий
	Термоопір ТСН100Н	20 - 170	опір	перетв. R-U
	Термопара ТПП	200 - 900	ЕРС	неінвертуючий
	Термоопір ТСН100Н	60 - 150	опір	мостовий
	Термоопір ТСП100П	100 - 600	опір	мостовий
	Терморезистор ММТ-1	-20 - +30	опір	перетв. R-U
	Пірометр ПД-4-01 (0..5 мА)	200 - 900	струм	перетв. І-U
	Термопара ТЖК	250 - 550	ЕРС	інвертуючий
	Термопара ТХА	300 -800	ЕРС	неінвертуючий
	Термоопір ТСМ100М	20 - 90	опір	мостовий
	Термопара ТНН	100 - 500	ЕРС	інвертуючий
	Терморезистор КМТ-8	10 - 110	опір	мостовий
	Термопара ТПП	200 - 900	ЕРС	неінвертуючий
	Пірометр ПД-4-05 (4..20 мА)	900 - 2000	струм	перетв. І-U
	Термопара ТПР	400 - 1000	ЕРС	неінвертуючий
	Термоопір ТСМ50М	100 - 200	опір	перетв. R-U
	Термопара ТХА	300 -800	ЕРС	неінвертуючий
	Термопара ТЖК	250 - 550	ЕРС	інвертуючий
	Пірометр ПД-4-01 (0..5 мА)	200 - 900	струм	перетв. І-U