1. Синтез принципової схеми івп.

Синтез принципової схеми пристрою здійснюється на основі застосування схемотехнічних рішень відповідних вузлів наведеної функціональної схеми, що забезпечують встановлені для них характеристики (коефіцієнт передачі, вхідний та вихідний опори, напруги зміщення та їх дрейфи тощо). Згідно виразу (35) та наведених вище міркувань визначимо основні вимоги до АЦП, ДП, ВК та вхідного перетворювача опір-напруга.

6.1.Розрахунок та вибір елементів схеми.

Розглянемо загальні рекомендації щодо розрахунку окремих вузлів та вибору елементної бази.

Аналого-цифровий перетворювач. Для послаблення завади промислової частоти необхідно здійснити фільтрування вимірюваного сигналу з частотою зрізу, нижчою частоти завади. Використання спільного аналогового фільтра НЧ на виході вхідного комутатора є проблематичним із-за значного часу встановлення при стрибкоподібних змінах напруги, що будуть виникати при перемиканні ВК. Реалізація фільтрування по кожному каналу є надто громіздкою. Фільтрування вхідного сигналу може здійснюватись в цифровій формі. Реалізація цифрового фільтрування з забезпеченням відповідного послаблення завади вимагає застосування швидких АЦП. Для забезпечення вимог ТЗ, найбільш зручними є АЦП інтегруючого типу. Здебільшого такі АЦП мають широкий динамічний діапазон, високий вхідний опір та диференційний вхід, що дає можливість відмовитись від використання ДП. [12].

Згідно наведених вище міркувань, найбільш важливими вимогами до АЦП є висока роздільча здатність, висока завадостійкість та висока лінійність функції перетворення. В випадку відмови від використання ДП слід звернути увагу на К_ПСС АЦП.

Вхідний перетворювач опір-напруга, що складається з ДВС та БПП і разом з вхідним комутатором забезпечує формування на вході АЦП диференціальної напруги, пропорційної значенню активного опору кожного ТО.

Струм через ТО обмежується допустимою похибкою, що виникає внаслідок нагрівання чутливого елемента. Оскільки врахувати реальні умови теплообміну, які значною мірою визначають значення перегріву електричним струмом, досить складно, то здебільшого, якщо це спеціально не оговорено, обмежуються допустимими значеннями, які регламентуються ДСТУ-2858-94. Для ТО Cu50 не рекомендують задавати вимірювальний струм більше 10 мА. Крім того вимірювальний струм обмежується допустимим значенням вхідної синфазної напруги ДП, оскільки вхідна напруга ДП є диференціальною напругою на одному з термоперетворювачів, ввімкнених послідовно. Якщо передбачити однополярне живлення схеми (+5В), то спадок напруги на послідовній ланці ТО не повинен перевищувати (2,5…3,0)В.

Для максимальної вимірюваної температури (+60ºС) опір ТО Cu50 згідно з ДСТУ-2858-94. складає близько 62 Ом. Таким чином, максимальний сумарний опір послідовної ланки з шести ТО буде складати 372 Ом. Значення опору еталонного резистора вибираємо в межах від 62 Ом до значення, що обмежується максимальним вхідним сигналом АЦП, тобто

R_Nmax= U_АЦПmax/ I.

Опори струмозадаючих резисторів встановлюємо на основі співвідношення

U_Ж= (R_N +2R_І+ R_ТО) I,

тут R_І - опір струмозадаючого резистора.

Якщо не використовувати проміжного диференційного підсилювача, то необхідно забезпечити таку чутливість АЦП та струм через ТО, при яких максимальному вихідному коду АЦП відповідає максимальний опір перетворювача. Це дасть змогу звести до мінімуму вплив похибки квантування АЦП. Для АЦП типу 572ПВ6 функція перетворення описується виразом

N_xі= 10000∙U_АЦПі/ U₀ + N_зм.

Максимальний вихідний код становить 20000, що відповідає співвідношенню U_АЦПі/ U₀=2. Зміщення АЦП може сягати N_зм=  3. Як видно з виразу (24), внаслідок введених додаткових циклів перетворення, опорна напруга АЦП не входить в загальну функцію перетвореня пристрою. Це дозволяє для формування опорної напруги використовувати резистори з допустимим відхиленням від номінальних значень опору в межах 5% (найбільш поширені та дешеві) і прийняти живлення пристрою +5В  5%. В такому випадку слід враховувати можливість ситуації, коли реальне значення опорної напруги є на 15% менше від розрахункового.

Вибір опорів струмозадаючих резисторів слід проводити для випадку максимального опору контрольованого ТО та мінімальних опорів інших ТО. Це дасть змогу уникнути ситуації, при якій значення вхідної напруги АЦП вийде за межі робочого діапазону. Крім того, слід врахувати можливе відхилення реального значення опору струмозадаючих резисторів від номінального в межах обраного класу (наприклад, 5%). Мінімальна опорна напруга, при якій АЦП зберігає типові паспортні характеристики, складає 0,1В.

Врахувавши вище викладане з схеми можна вилучити ДП. При цьому у всіх наведених вище співвідношеннях приймаємо К_u=1.

Вибір вхідного комутатора. Як вказувалось вище, опір каналу комутатора у відкритому стані не має вирішального значення при його виборі. Важливим є максимальна різниця опорів каналів в межах типу комутатора, оскільки результат вимірювання формується на основі кількох перетворень різних сигналів (спадок напруги на ТО, спадок напруги на еталонному резисторі, нульовий потенціал, спадок напруги на струмовому провіднику між ТО), що подаються на вхід ДП по різних входах комутатора. Слід мати на увазі, що в напівпровідникових комутаторів аналогових сигналів при зниженні напруги живлення спостерігається значне збільшення як опору каналу у відкритому стані, так і різниці опорів каналів. Так наприклад, для 8-и канального мультиплексора К561КП2 опір каналу у відкритому стані при напрузі живлення ±15В складає близько 250 Ом (при цьму розкид опорів каналів в межах одного кристала сягає 70 Ом). При зменшенні напруги живлення до +5В (однополярне живлення - 7-й і 8-й виводи з'єднуються між собою) вказані опори збільшуються в (4…5) раз.

В межах наведеного прикладу не будемо розглядати цифрову частину пристрою, оскільки ці питання будуть детально опрацьовані в межах інших курсових проектів.