4. Типовой расчет схемы включения датчика.

Задание: рассчитать мостовую схему включения датчика – термометра сопротивления ТСП-6097. При этом должен обеспечиваться температурный диапазон работы датчика от -50ºС до 250ºС, градуировка 22. Определить чувствительность схемы задатчика при рассогласовании температуры на 1% от рабочего диапазона датчика.

Первоначально из [1] или других справочных материалов берутся данные для построения зависимости R=f(tºC) (см. таблицу 1) и строится выходная характеристика датчика (см. рисунок 1).

Таблица 1

tºC	-200	-150	-100	-50	0	50	100	150	200
,Ом	17,28	38,80	59,65	80,00	100,00	119,70	139,10	158,21	177,03
tºC	250	300	350	400	450	500	550	600	650
,Ом	195,56	213,79	231,73	149,38	266,74	283,80	300,58	317,06	333,25

Рисунок 1 – Выходная характеристика датчика

На выходной характеристике датчика отмечаются граничные точки рабочего температурного диапазона и определяются значения , при температуре-50ºС, и, при температуре250ºС. Таким образом, из рис.1 получим

80,00 Ом;

195,56 Ом.

Так как любой графоаналитический метод расчета имеет существенную неточность, расчетные значения резисторов округляются до величин, определяемых ГОСТом, то необходимо производить расчеты для увеличенного на 20-30% заданного при курсовом проектировании диапазона. То есть нижний температурный предел примем равным:

ºС,

а верхний температурный предел будет иметь значение:

ºС.

Таким образом, из рисунка 1 определяем:

Ом;

Ом.

Наиболее часто датчик включается в мостовую схему вида рисунок 2.

Рисунок 2 – Схема включения датчика

Резистор - это датчик,- непосредственно задатчик, который позволяет установить температуру стабилизации. При достижении температуры стабилизации мост будет уравновешен и. Для расчета резисторов схемы воспользуемся известным соотношением для уравновешенного моста. Примост уравновешен при крайнем левом положении движка, т.е. будет справедливо равенство

. (1)

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

. (2)

Таким образом, имеем два уравнения с четырьмя неизвестными: . Для решения системы уравнений зададим значение источника питания мостаВ и значение. Его находим из учета отсутствия эффекта саморазогрева, т. е. должно выполняться соотношение:

Вт.

Отсюда находим, что Ом. Округлим эту величину в соответствии со стандартом [2] и примем=1330 Ом. Величину второго резисторавозьмем такой же. ПримемОм.

При выборе резисторов желательно, если это возможно, чтобы мост состоял из низкоомных резисторов (выходное сопротивление моста будет меньше, что повысит точность системы и будет облегчен процесс настройки).

Рассчитывать резисторы для равновесия моста необходимо очень точно (4 знака после запятой).

В результате решения системы (1) (2) при выбранных величинах и, получаемОм иОм.

После расчета номиналов необходимо уточнить баланс моста:

; (3)

В;

; (4)

В;

;

В.

Таким образом, при рассчитанных номиналах резисторов выходное напряжение уравновешенного моста оказалось порядка , что свидетельствует о требуемой точности расчета. В противном случае мост не уравновешен и следует пересчитать величины резисторов.

Затем определим величину моста при уходе температуры на 1% от заданного диапазона (см. задание на курсовое проектирование). Для рассчитываемого диапазона температуры (от -50 до 250ºС)ºС, 1% составит 3ºС, т.е. необходимо определить сопротивление датчикаприºC. Для этого из таблицы 1 выберем интервал, в котором находится данная температура. В анализируемом случае можно рассматривать интервал от -50ºС до 0ºС. Далее составляем уравнение выходной характеристики (прямая, проходящая через две точки):

после подстановки получим:

Представим это уравнение в виде и найдем величину сопротивленияприºC:

отсюда Ом.

Для найденного значения с помощью выражения (4) рассчитаем напряжение

В.

В результате имеем:

В.

Рассчитанное напряжение на выходе задатчика определяет исходную чувствительность проектируемой системы (будет приниматься при выборе усилителя по напряжению).

При определении исходной чувствительности схемы задатчика могут использоваться любые две точки выходной характеристики датчика, лежащие в рабочем диапазоне температуры (см. таблицу 1). Например, в качестве можно принять -50ºС, 0ºС, 50ºС, 100ºС, 150ºС, 200ºС. Тогда, соответственно за точкунеобходимо взять 0º, 50ºС, 100ºС, 150ºС, 200ºС, 250ºС. Если выходная характеристика линейная, то результаты расчетов дадут ту же величину. Если характеристика существенно нелинейная, то желательно выбирать точки, где кривая имеет наименьшую производную (наименьший коэффициентk в уравнении выходной характеристики датчика).

Для компенсации погрешности соединительных проводов используется трехпроводная схема (рисунок 3).

Рисунок 3 – Трехпроводная схема включения датчика

Окончательно значения резисторов ,,иокругляем до ближайших величин, определяемых стандартом, т.е. принимаем:

Ом;

Ом;

Ом;

Ом.

Без расчетов все резисторы моста принимаем по мощности рассеивания равной 0,125 Вт.