Описание схемы МТ11-4Ч (Раздаточный материал к курсовому проекту), страница 2

Из рис. 5, где приведен результат шунтирования этого резистора параллельнымсопротивлением в 5000 Ом, видно, что градиент уже практически не зависит от температуры(его наклон - 1.5*10-7 °С-1).Нелинейность и альфа0,30,20,10-50050100150-0,1-0,2-0,3-0,4100*a(t)Нелин.%100*a(Лин)-0,5Рис. 5. Нелинейность и температурный градиент характеристики кремниевоготерморезистора при его шунтировании параллельным резистором в 5000 Ом.Изменяя величину параллельного шунта, можно изменять и наклон температурногоградиента от исходных положительных до отрицательных значений и добиваться удовлетворительной нелинейности.

Величину ТКС (температурного градиента) можно изменять изменением сопротивления последовательного шунта.Однако, даже при линейности характеристики терморезистора выходные сигналы стермомоста становятся нелинейными из-за того, что мост запитан источником напряжения, ане тока, так что исследовать и подбирать способы шунтирования следует для моста и усилителя сигналов термокоррекции в целом.Термокорректор (рис.

6), содержит термомост с пассивным плечом на резисторах R5 иR6 и активным плечом на резисторах R7, R8, R9 и терморезисторе t, входящем в состав чувствительного элемента СНЕ. Резисторы R8 и R9 линеаризуют температурную характеристикутерморезистора. К выводу измерительной диагонали термомоста с большим температурнымградиентом подключен прямой вход дифференциального усилителя, а к выводу с меньшимтемпературным градиентом - инверсный вход дифференциального усилителя.7Дифференциальный усилитель построен по известной схеме на операционном усилителе DA1.1 с резистором R3 в цепи прямого входа, резистором R4 в цепи инверсного входа и резисторной обратной связью (R1, R2).

Здесь существенным для нас признаком является то, что вобратную связь включен не один резистор, как обычно, а резистивный делитель на последовательно включенных резисторах R1 и R2. Один выход термокорректора (Vd2) берется от выходаусилителя, другой (Vd1) от отвода делителя цепи обратной связи R1 и R2.Рис. 6. Схема термокорректора.Такая схема удобна в настройке на требуемые градиенты выходных напряжений.

Термокорректор может быть сбалансирован при исходной температуре to. Это температура, прикоторой производят начальную настройку датчика, именно от нее идет отсчет отклонениятемпературы t. Условие балансировки:Vd 1 = Vd 2 = Vt 2 = Vt1 ,здесь: Vt1, Vt2 - напряжения на измерительных выводах первого и второго плеча термомоста термокорректора. Балансировку проводят лазерной пригонкой резистора R7.Опорные напряжения, подаваемые на прямые входы источников питания плеча тензомоста должны иметь определенный температурный градиент αi для компенсации температурных погрешностей (Vd1 для плеча 1 и Vd2 для плеча 2):Vd 1 = Vo(1 + α1t ) = Vo(1 + α * t ) + Voδ α * t ,Vd 2 = Vo(1 + α 2t ) = Vo(1 + α * t ) − Voδ α * t ,здесь α 1 , α 2 - температурные градиенты выходных напряжений термокорректора; t –отклонение температуры от исходной to; Vo-значение выходного напряжения термокорректораα +α2при исходной температуре to; α = 1- среднее значение (полусумма) температурного2градиента обоих выходов термокорректора; δα – отклонение градиента первого и второго выα − α1ходов от среднего значения δ α = 2.2Полусумма температурных градиентов α компенсирует мультипликативную составляющую температурной погрешности датчика, а полуразность δα - аддитивную составляющую.

Реально значение α, требуемое для компенсации мультипликативной погрешности, составляет в среднем около 20% на 100 °С или +2*10-3 1/°С, типовое значение δα - по абсолютной величине на два порядка меньше.8Исследование различных чувствительных элементов, проведенные мною и анализ литературных источников дают значения α от 17 до 23% на 100 °С, δα - 2% шкалы сигнала чувствительного элемента на 100 °С.Исходя из этого реальные соотношения резисторов R2 и R1 составляет: R2/R1=10/0.1,т.е.

значения этих резисторов различаются на два порядка. Поскольку R1 на два порядкаменьше R2, значение полусуммы α определяется в основном резистором R2. Значение полуразности определяется только значением R1, т.е. полусумму и полуразность градиентов можнонезависимо регулировать резисторами R1 и R2.Приведенная схема очень гибка в настройке и может формировать требуемые значенияполусуммы и полуразности градиентов выходных напряжений даже при отрицательных значениях температурных градиентов на измерительных выводах термомоста.Важно наладить настройку термокорректора при комнатной температуре. На основаниипредварительных результатов исследования терморезисторов по четырем вариантам на ЭВМпроанализированы различные варианты настройки, найден и предложен подходящий вариант.В каждой из последующих таблиц приведены результаты настройки.

Нумерация резисторов в таблицах совпадает с приведенной в схеме на рис. 6., значения в Омах, Vd1(30) и такдалее - значение соответствующего сигнала при 30°С. Rt(30) - значение исследуемого терморезистора при комнатной температуре. Наклон С - наклон градиента выходного сигналаСумма/2, равного полусумме Ud1 и Ud2. Разность - разность выходов Ud1 и Ud2.Настройка термокорректора с терморезисторами Rs=1900Алгоритм 1. Настраиваем только R7, уравнивая Vt2 и Vd1.R5R6Vt2nR7500017571,3013213Ток Rt,mAR2R4R10,2804000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.%/100гр.%/100гр.19,0618,9919,032,00Максимальная нелинейность характеристики: -0,4%R5R6Vt2nR7500017571,3013450Ток Rt,mAR2R4R10,2754000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.18,9318,8518,891,99Максимальная нелинейность характеристики: -0,4%R5R6Vt2nR7500017571,3015160Ток Rt,mAR2R4R10,2444000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.18,3218,2418,281,92R8_L2000Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p80001,30061,30041,30003994-8,9E-06R8_L2000Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p80001,30031,30021,300041843,4E-05R8_L2000Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p80001,30041,30021,30005779-2,3E-04Максимальная нелинейность характеристики: ±0,7%R55000Ток Rt,mA0,243АльфаUd1%/100гр.18,13R61757R240000АльфаUd2%/100гр.18,06Vt2n1,30R450000Сумма/2R715185R1370Разность18,101,90R8_L2000Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p80001,30071,30041,30005806-2,0E-04Максимальная нелинейность характеристики: - 0,7%Разброс: - по мультипликативной коррекции ∆м=19,03-18,10=0,93%;- по аддитивной коррекции ∆м=2,0-1,9=0,1%.9Заметное возрастание наклона характеристики коррекции "Наклон С"Результат неплохой, при сравнительно малом разбросе (10-20%) можно будет совсем не подстраивать шунт.

Это в дальнейшем покажет опыт, а задать его в пределах R8=0,5Rtсредн.,R9=1,5Rtсредн.Алгоритм 2. Параллельный резистор R9 выставляем 1,5 Rt, затем подстраиваем R7 по балансуVt2 и Vd1. R8_L=2000.Разброс: - по мультипликативной коррекции ∆м=24.22-20.52=3,72%;- - по аддитивной коррекции ∆м=2,39-2,02=0,35%.Заметно возрастание наклона характеристики коррекции "Наклон С", мульткоррекция с увеличением сопротивления стала расти, а в предыдущем алгоритме падала.

Стало еще хуже, чембыло без коррекции шунта.Алгоритм 3. Параллельный резистор R9 выставляем 1,5 Rt, затем подстраиваем R7 по балансуVt2 и Vd1. R8_L=3000.Расстройка растет еще заметнее. Попробуем уменьшить R8=0.Алгоритм 4. Параллельный резистор R9 выставляем 1,5 Rt, затем подстраиваем R7 по балансуVt2 и Vd1. R8_L=0.Результаты хорошие. Но растет "Наклон С", нужно одновременно увеличивать параллельныйшунт и последовательный шунт.Сделаем это пропорционально сопротивлениям Rt(30).Алгоритм 5. Неплохой алгоритм.

Начальные значения R8=2000, R9=8000. Корректируем ихпо формуле R8=Rt(30)*0.5, R9=R(t)*1.5, затем подстраиваем R7 по балансу Vt2 и Vd1.R5R6Vt2nR7500017571,3013213Ток Rt,mAR2R4R10,2804000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.19,0618,9919,032,00Максимальная нелинейность характеристики: -0,4%R5R6Vt2nR7500017571,3013840Ток Rt,mAR2R4R10,2674000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.19,0018,9218,961,99Максимальная нелинейность характеристики: -0,37%R5R6Vt2nR7500017571,3019120Ток Rt,mAR2R4R10,1934000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.19,3619,2819,322,03Максимальная нелинейность характеристики: -0,6%R5R6Vt2nR7500017571,3019210Ток Rt,mAR2R4R10,1924000050000370АльфаUd1АльфаUd2Сумма/2Разность%/100гр.%/100гр.19,1919,1119,152,01Максимальная нелинейность характеристики: -0,6%R8_L2000Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p80001,30061,30041,30003994-8,9E-06R8_L2095Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p83801,30071,30041,300041844,8E-05R8_L2894Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p115751,30001,30001,30005779-1,3E-04R8_L2907Vd1(30) =Vt1(30) =Vt2(30) =Rt(30)=НаклонСR9_p116291,30011,30001,30005806-9,7E-05Разброс: - по мультипликативной коррекции ∆м=19,32-18,96=0,36%;по аддитивной коррекции ∆м=2,03-1,99=0,04%.10В результате такого алгоритма настройки снизился "НаклонС" (стал фактически нулевым) иуменьшилась (см.