1.4.5 Анализ работы входной цепи

1.4.5.1 В качестве примера проведём анализ работы входной цепи для RI-преобразователя, работающего с платиновым ТС. Схема входной цепи нормирующего преобразователя приведена на рисунке В.4 приложения В. Входная цепь состоит из ТС, текущее значение сопротивления R которого зависит от измеряемой температуры, источника постоянного тока DA1, входного усилителя, собранного на микросхеме DA2, резисторах R3, R6, R13 R14 и конденсаторе C2, и компенсирующего усилителя, собранного на микросхеме DA4.1 и резисторах R15, R17, R20.

1.4.5.2 Источник постоянного тока DA1 предназначен для формирования стабильного тока I, протекающего через R. Этот ток задаётся напряжением U3 и напряжением отрицательной обратной связи, снимаемым с опорного резистора R1. Величина сопротивления R1 выбирается равной значению сопротивления ТС в начале измеряемого диапазона.

1.4.5.3 Входной усилитель предназначен для формирования на своём выходе напряжения U2, пропорционального изменению сопротивления R. Усилитель DA2 является дифференциальным, и он формирует на своём выходе разность падений напряжения на R и опорном резисторе R1. Таким образом, на выходе входного усилителя формируется напряжение, пропорциональное изменению контролируемой температуры.

1.4.5.4 Компенсирующий усилитель DA4.1 предназначен для формирования на своём выходе напряжения U3, учитывающего квадратичную составляющую характеристики ТС. Напряжение U2, пропорциональное изменению контролируемой температуры, с выхода усилителя DA2 подаётся на вход компенсирующего усилителя DA4.1 и суммируется в заданной сопротивлениями R15, R17, R20 пропорции с опорным напряжением U₀, поступающим с формирователя опорного напряжения. В зависимости от величины входного сигнала U2 компенсирующий усилитель DA4.1 корректирует выходной ток источника постоянного тока DA1, компенсируя тем самым нелинейность температурной характеристики ТС.

1.4.5.5 Ток I через ТС задаётся источником постоянного тока DA1. Величина тока I определяется сопротивлением резистора обратной связи R1 и напряжением U3, подаваемым на не инвертирующий вход микросхемы DA1 с выхода компенсирующего усилителя DA4.1:

I = U3/R1.

1.4.5.6 Компенсирующий усилитель DA4.1 собран по схеме инвертирующего сумматора и напряжение U3 на его выходе определяется формулой

U3 = - (U₀ • k1 + U2 • k2), (3)

где — U₀ - опорное напряжение,

— k1 = R20/R17,

— k2 = R20/R15,

— U2 - напряжение пропорциональное изменению контролируемой температуры.

Коэффициент k1 определяет составляющую тока, протекающую через ТС при температуре, соответствующей началу измеряемого диапазона, а коэффициент k2 определяет составляющую тока, компенсирующую кривизну температурной характеристики. Коэффициент k1 пропорционален коэффициенту интерполяции A в формуле (2), а коэффициент k2 пропорционален коэффициенту интерполяции B, поэтому k2 << k1.

1.4.5.7 Напряжение U2 формируется на выходе дифференциального усилителя DA2 и определяется соотношением:

U2 = I • (RL + R1) • (R3 + R13)/R13 – I • (2 • RL + R + R1) • R13/R3,

где RL - сопротивление проводов линии связи между ТС и преобразователем.

Выбрав для дифференциального усилителя R3 = R13, получим

U2 = - I • (R - R1) = -U3 • k, (4)

где k = (R - R1)/R1 = ΔR/R1.

Подставляя выражение (4) в формулу (3), получим

U3 = - U₀ • k1/(1 – k • k2).

Так как k • k2 << 1, то

U3 = - U₀ • k1 • (1 + k • k2).

Отсюда

U2 = U₀ • k1 • (1 + k • k2) • k

или

U2 = (a + b • ΔR) • ΔR, (5)

где — a = U₀ • k1/R1;

— b = a • k2/R1.

1.4.5.8 Из пропорции между формулами (1) и (5) находим

a = A • U2max/ΔTmax,

b = B • U2max/ΔTmax,

где — ΔTmax = Tmax – T₁;

— Tmax – значение температуры в конце измеряемого диапазона;

— T₁ – значение контролируемой температуры в начале измеряемого диапазона;

— U2max = Imax • (Rmax - R1);

— Rmax — сопротивление ТС, соответствующее конечной температуре измеряемого диапазона;

— Imax — ток, протекающий через ТС при температуре, соответствующей концу измеряемого диапазона.

1.4.5.9 Ток, протекающий через ТС при температуре, соответствующей началу измеряемого диапазона, будет равен:

I = - k1 • U₀ /R1.

1.4.5.10 В обратную связь усилителя DA2 включён конденсатор C2, который вместе с резистором R13 образует RC-цепь. Таким образом, усилитель DA2 выполняет также функцию фильтра нижних частот. Частота среза fg определяется формулой

fg = 1∕(2 • π • R13 • C2). (6)