Розробка функціональної моделі вимірювача температури

Автор(и)

  • Наталія Защепкіна Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, просп. Перемоги, 37, 03056, Київ
  • Максим Свита ТОВ “НВФ “ПРОБА”, вул. Пшенична, 2, 03134, Київ

DOI:

https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2021.228239

Анотація

Тонкоплівкові платинові термометри опору різної конструкції і виконання широко застосовуються у різних галузях промисловості. Діапазон вимірювання температури цими термоперетворювачами знаходиться у межах від мінус 200 °C до 600 °C.

Запропоновано функціональну модель портативного цифрового вимірювача температури в діапазоні від мінус 50 °C до 300 °C на основі давача L416 типу Pt100. Обрано оптимальне схемне рішення включення давача L416 у вимірювальний міст Уінстона із застосуванням однополярної напруги живлення мосту та підсилювача. Запропоноване схемне рішення доцільне при живленні від автономних джерел постійного струму, що дозволяє мініатюризувати прилад і сприяє ефективності енергоспоживання.

Виконано нормування вихідної напруги підсилювача у всьому робочому діапазоні аналого-цифрового перетворювача відповідно до робочого діапазону давача температури, що дозволяє отримати максимальну роздільну здатність аналого-цифрового перетворення при вимірюванні температури.

Розроблено функціональну модель перетворення опору термодавача в цифровий код. Функціональна модель показує, що вихідний код аналого-цифрового перетворювача не залежить від напруги живлення схеми, таким чином реалізується стабільність функції перетворення опору давача в значення коду аналого-цифрового перетворювача.

Давач має нормовану характеристику залежності опору від температури, тому для калібрування схеми вимірювача температури використано прецизійний магазин опору МСР-60М. За допомогою магазину опору МСР-60М можливе калібрування схеми вимірювача температури з невизначеністю 0,07 °C.

Ключові слова: вимірювач температури; термоперетворювач; Pt100; міст Уінстона; ратіометричне живлення.

Посилання

DIN EN 60751-2009-05. Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensors (IEC 60751:2008); German version EN 60751:2008. 28 р.

Metodicheskaya instruktsiya DKD-R 5-1. Kalibrovka termometrov soprotivleniya [Guideline DKD-R 5-1. Calibration of Resistance Thermometers]. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 2019, issue 08. 28 p. (in Russian). doi: https://doi.org/10.7795/550.20180828ACRU

DSTU 8725:2017. Air quality. Emissions from stationary sources. Methods for determining the speed and volume flow of gas and dust flows. Kyiv, 2018. 46 p. (in Ukrainian).

DSTU 8726:2017. Air quality. Emissions from stationary sources. Methods for determining the pressure and temperature of gas and dust flows. Kyiv, 2018. 16 p. (in Ukrainian).

Heraeus Sensor Technology Dependable platinum thin-film sensors. Product brochure. Available at: http://www.sensorica.ru/pdf/Heraeus_Product_brochure.pdf (accessed 30.12.2020).

L 416 Datasheet. Platinum temperature sensor in thin-film technology. Available at: https://www.heraeus.com/media/media/hne/datasheets/l_sensors/en_9/l_416_e.pdf (accessed 30.12.2020).

Analog devices. Circuit Note CN-0383. Completely Integrated 2-Wire, 3-Wire, or 4-Wire RTD Measurement System Using a Low Power, Precision, 24-Bit Σ-Δ ADC. Available at: https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/reference-designs/cn0383.pdf (accessed 30.12.2020).

Hariharan K., Vasanthakumar P., Varun G., Abhaikumar V. A Method for ADC Error Testing and its Compensation in Ratiometric Measurements. Measurement Science Review, 2009, vol. 10, issue 2, pp. 56‒59. doi: https://doi.org/10.2478/v10048-010-0009-3

Koryakin-Chernyak S.L. (Ed.). Elektrotekhnicheskiy spravochnik. Prakticheskoe primenenie sovremennykh tekhnologiy [Handbook in Electrical Engineering. Practical application of modern technologies]. SPb., Nauka i Tekhnika Publ., 2014. 592 p. (in Russian).

Rien Lerone Beal. A low voltage rail-to-rail operational amplifier with constant operation and improved process robustness. Graduate Theses and Dissertations. Iowa State University, 2009. 103 p. doi: https://doi.org/10.31274/etd-180810-113

Anderson R. Understanding Ratiometric Conversions. Texas Instruments. Application Report SBAA110 ‒ March 2004. 10 p.

Mamiy A.R., Tlyachev V.B. Operatsionnye usiliteli [Operational amplifiers]. Maykop, AGU Publ., 2005. 192 p. (in Russian).

ATmega8/L datasheet. Atmel Corporation. Rev.2486AA–AVR–02/2013. Available at: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-2486-8-bit-AVR-microcontroller-ATmega8_L_datasheet.pdf (accessed 30.12.2020).

Pasport. Magazin soprotivleniya MSR-60M [Datasheet. Resistance box MSR-60M] (in Russian). Available at: https://www.astena.ru/teh_14.html (accessed 30.12.2020).

Опубліковано

2021-03-31

Номер

Розділ

Статті