4.6 Задатчик

4.6.1 Информационные каскады

В данном курсовом проекте в качестве датчика температуры задано термосопротивление ТСП-6097 со следующими параметрами:

Таблица 4.6.1

Основные технические данные термометров сопротивления

Термометр сопротивления	Градуировка	Предел измерения в оС	Материал защитной арматуры	Монтажная длина в мм	инерционность	условное давление в кгс/ссм2	устойчивость к механ. Воздействиям	область применения
ТСП-6097	21	(-30) – (+40)	сталь ОХ13	80 - 500	30	40	виброустойчивый	газообразные среды

Термометры сопротивления (ТСП-6097) предназначены для измерения температуры в диапазоне от -60°С до +20°С (по заданию). Они бывают металлические и полупроводниковые. Для изготовления металлических термометров используется медь и платина. Градуировочная характеристика в этом достаточно узком диапазоне температур линейная.

Платиновые термометры ТСП в диапазоне 0°С…600°С описываются уравнением

R_тс=R₀ (1 + α⋅T + βТ₂), (4.6.1)

где R₀ – значение сопротивления ТС при 0°С (R₀=100 Ом),

α = 0.486⋅10-3 1/град - температурный коэффициент сопротивления ТКС или чувствительность ТС, Т – температура в °С,

β = -5.847⋅10-7 1/град².

Конструкции термометров чрезвычайно разнообразны и определяются, главным образом, областью применения. Наиболее часто ТС выполняются в виде бифилярной обмотки тонкого медного или платинового провода на диэлектрическом основании. Бифилярная обмотка необходима для получения безиндуктивного сопротивления. Для защиты от агрессивных сред, используются разнообразные чехлы из нержавеющей стали и других материалов, что увеличивает массу датчика и ухудшает его динамические

характеристики.Градуировочные характеристики платиновых термометров стабильны во времени и мало различаются от экземпляра к экземпляру. Градуировочные характеристики ТС задаются согласно ГОСТ 6651-59.

Наиболее распространенной схемой, используемой для измерения сопротивления ТС и, следовательно, температуры, является мостовая схема (рис. 4.6.1).

Рисунок 4.6.1 – Мостовая измерительная схема

Мостовая схема представляет собой два делителя напряжения на резисторах, у которых потенциалы в точках a и b соответственно равны:

Выходное напряжение мостовой схемы

(4.6.2)

Предположим, что R1 = R3 = R4 = R и R2 =R +ΔR. Тогда напряжение на выходе мостовой схемы

(4.6.3)

График зависимости напряжения мостовой схемы Uм от измерения сопротивления R/R приведен на рис.4.6.2, где H – погрешность нелинейности.

Рисунок 4.6.2 – Зависимость Uм = f (ΔR/R)

Существуют две основные схемы включения термометров сопротивления в мостовые измерительные цепи: двухпроводные и трехпроводные.

Двухпроводная схема приведена на рис. 4.6.3.

Рисунок 4.6.3 - Схема включения датчика

Резистор - это сам датчик,- соответственно задатчик, позволяет установить температуру стабилизации и его можно оцифровать не в омах, а в. При достижении стабилизации мост будет уравновешен и. Для расчета резисторов воспользуемся известным соотношением для уравновешенного моста, при этом резисторрассчитывается так, чтобы обеспечивалась работа системы во всем диапазоне работы датчика.

При мост уравновешен, когда движокбудет находится в крайнем левом положении, т.е. будет справедливо равенство:

(4.6.4)

Когда температура стабилизации максимальная, то равновесие моста будет при движке вправо и тогда:

(4.6.5)

Для расчета резисторов необходимо задаться значениями двух любых резисторов кроме . Резисторизвестен:

R₂ = 16,4 Oм при ,

R₂ = 64,3 Oм при .

Из уравнений (4.6.4) и (4.6.5) составив систему уравнений и решив ее, получим:

(4.6.6),(4.6.7)

При решении систем уравнений (4.6.6),(4.6.7) необходимо учитывать две проблемы:

- желательно, чтобы мост состоял из низкоомных резисторов (выходное сопротивление моста будет меньше, что повысит точность системы и будет проще его постройка;

- ток через датчик должен быть такой, чтобы не было эффекта саморазогрева датчика от источника Е₁. Следует знать этот ток или допустимую мощность рассеивания и в рассчитанной схеме должно выполняться следующее неравенство:

(обычно ).

Определим ток саморазогрева тиристора :

(4.6.8)

По условию расчета .

Рассчитаем сопротивление :

(4.6.9)

Сопротивление должно быть больше рассчитанного, поэтому выбираем ближайшее стандартное значение,.

Принимаем сопротивление .

Решим систему уравнений (4.6.6),(4.6.7) относительно :

(4.6.10)

Примем стандартное значение R₁ = 100 Ом.

Сопротивление R1 намотаем на резистор МЛТ-2-100 константановым проводом сечением S=0,01мм², длина провода рассчитывается по формуле, в которой удельное сопротивление константана ρ=0,48 Ом·м:

Найдем значение из формулы (4.6.6.):

(4.6.11)

Примем R₅ = 64 Ом.

Уточним баланс моста для , т.е. определим, принявЕ1 = 5В.

(4.6.12)

(4.6.13)

(4.6.14)

При правильном выборе и расчете резисторов должно быть порядкаУ нас получилось значениеменьше. Значит, мост уравновешен.

Рассчитаем (отличное от) при уходе температуры на 1% от заданного диапазона.

Диапазон ∆t = (-60) – (+20) =80˚C, 1% составит 0,9 ˚С.

Значит, рассчитаем приt = -60+0,9˚C.

.

Затем эту величину подставим в (4.6.13):

(4.6.15)

Тогда (4.6.16)

Это и будет напряжение на выходе задатчика, которое отрабатывать САУ (будет определять ее чувствительность или точность).