Wersja do ściągnięcia

1. Charakterystyka zastosowanego termistora
Rolę elementu pomiarowego pełni termistor NTC 10k, model: 640-10K.
Pomiar temperatury za pomocą termistora polega na wykryciu zmian jego
rezystancji i odpowiedniej interpretacji tych zmian.
Termistor o wartości 10k posiada rezystancję 10kΩ w temperaturze 25 oC.
Wartość rezystancji w skrajnych punktach zadanego zakresu pomiarowego
wynosi RT(30)=8,059kΩ zaś RT(45)=4,372kΩ
Mierząc parametry termistora w wąskim zakresie temperatur takim z jakim
mamy do czynienia w omawianym projekcie, można z powodzeniem przyjąć, że
charakterystyka jest liniowa.
Tabela 1 Zależność rezystancji od temperatury(na podstawie noty katalogowej)
Rezystancja[kΩ]
Temperatura[⁰C]
25
30
35
40
45
50
10
8,059
6,535
5,33
4,372
3,606
Rysunek 1 Charakterystyka termistora w interesującym nas zakresie
2. Źródło prądowe
Ze
względu
na
zjawisko
samonagrzewania
się
termistora
w
wyniku
przepływającego przezeń prądu, należy dążyć do tego, by prąd źródła prądowego
był możliwie małej wartości.
W celu spolaryzowania termistora stałym prądem projektuje się źródło prądowe
o prądzie wyjściowym równym 20µA.
Wartość prądu wyjściowego źródła prądowego opisana jest zależnością:
Gdzie
Uref
oznacza
napięcie
na
wejściu
nieodwracającym
wzmacniacza
operacyjnego. Napięcie to zostaje uzyskane przez podział napięcia zasilania 5V
na dzielniku rezystancyjnym. Wartość napięcia w tym punkcie wynosi:
Po podstawieniu do wzoru na prąd wyjściowy źródła otrzymujemy:
t°
gjźódłpą
zcniw
-W
C
L
outf7B
U
V
+
D
al5G
(k)eshrm
T
3906R
12N
Q
Rysunek 2 Źródło prądowe 20uA
Napięcie na termistorze, przez który płynie prąd ze źródła prądowego, wynosi (dla
temperatury 30⁰C):
Napięcie odpowiadające temperaturze 45 stopni Celsjusza wynosi:
Wartości napięć są stosunkowo małe w porównaniu z zakresem pomiarowym przetwornika
MAX1176, który może mierzyć sygnał z zakresu od 0V do 4,096V. Aby w pełni
wykorzystać możliwości przetwornika należy wzmocnić sygnał pochodzący z termistora a
następnie przesunąć go do zakresu akceptowalnego przez przetwornik analogowocyfrowy.
3. Wzmacniacz sygnału
Wartość wzmocnienia obliczamy na podstawie zależności:
Na potrzeby dalszych obliczeń i projektu wzmacniacza przyjmuje, że wzmocnienie
wzmacniacza będzie wynosiło K=50. Wzmacniacz pracuje w konfiguracji nieodwracającej.
Z doboru elementów w pętli sprzężenia zwrotnego wynika, że wzmocnienie wynosi:
48
7
C
L
T
3A
=
cnieK
zm
_h0-W
D
N
56G
49kR
12V
out+
U
Rysunek 3 Wzmacniacz sygnału K=50
Wprowadzenie takiego wzmocnienia do układu spowoduje, że dla maksymalnego napięcia
wyjściowego z termistora(0,1612V) napięcie na wyjściu wzmacniacza napięcie równe:
Dla minimalnego napięcia wyjściowego z termistora(0,0874V) napięcie na wyjściu
wzmacniacza będzie równe:
Napięcie po wzmocnieniu jest poza zakresem pomiarowym przetwornika, jednak różnica
pomiędzy maksymalną wartością napięcia a minimalną jest mniejsza od 4,096V co
pozwala na dokonanie przesunięcia poziomu napięcia do zakresu akceptowalnego przez
przetwornik(0V - 4,096V)
4. Przesuwanie poziomu napięcia stałego
Przesunięcie sygnału uzyskujemy stosując wzmacniacz operacyjny pracujący w
konfiguracji wzmacniacza sumującego. Podając na wejście odwracające sygnał
odniesienia oraz sygnał z wyjścia stopnia wzmacniającego otrzymujemy na
wyjściu układu napięcie równe co do wartości:
Gdzie:
Napięcie Uoffset zostało wytworzone na pomocniczym wzmacniaczu operacyjnym,
pracującym w konfiguracji wtórnika napięciowego odwracającego napięcie.
48
y
órniapęcw
_ofset(-.)W
V
+
D
N
4G
70kR
C
L
T
A
231U
W wyniku przeprowadzonych operacji na napięciu wyjściowym z termistora,
otrzymujemy na wejściu przetwornika MAX1167 napięcie zmieniające się w
zakresie:
Które
może
zostać
przetworzone
na
wartość
cyfrową
z
16-bitową
rozdzielczością.
Rozdzielczość pomiaru napięcia zastosowanego przetwornika MAX1167 wynosi:
8
4
I/45F
K
S
O
L
93T
N
-0k8G
2V
+
P
_C
D
E
167R
X
A
?M
U
Rysunek 4 Stopień przesuwający napięcie wraz z przetwornikiem
Na rysunku 5 został przedstawiony pełny schemat toru pomiarowego – od źródła
prądowego polaryzującego termistor do przetwornika ADC.
8
°
t4
ltA
()sh
R
0
9
3
Q
D
N
ąeG
łp
d
rjźó
u
fg
o
k
iw
acn
zm
W
+
-V
2
C
L
T
B
1
U
7
5
6
=
.ęy
X
?M
P
_
F
8
4
I/E
K
S
O
Rysunek 5 Pełny schemat toru pomiarowego