Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2012
Vishwas Vaidy
Electronic Design
Термопары или их выводы нередко оказываются закороченными или оторванными от измерительной схемы. Однако очень трудно отличить милливольтовый нормальный сигнал датчика температуры от очень похожего сигнала термопары при ее обрыве или коротком замыкании. Традиционные решения этой проблемы основаны на генерации тональных сигналов и измерении характеристик их отражения, или на использовании источников тока. Это значительно удорожает схему и может оказаться недопустимым для бюджетных приложений, таких, например, как устройства автомобильной электроники.
 |
|
| Рисунок 1. | Подавая на короткое время постоянный ток в петлю термопары и наблюдая результат на выходе усилителя, системный микроконтроллер может определить короткое замыкание, обрыв или исправное состояние термопары. |
Пример малозатратного решения, показанный на Рисунке 1, основан на транзисторном ключе (Q1). В нормальном режиме транзистор закрыт, и на построенный на микросхеме U1 дифференциальный усилитель поступает сигнал от термопары. Микроконтроллер периодически проверяет схему на обрыв, включая на короткое время Q1 и измеряя выходное напряжение усилителя. Если Q1 включен при исправной термопаре, на термопару будет подано постоянное напряжение определенной величины, зависящей от номиналов резисторов R10, R4 и R5. Возникающий при этом ток, текущий через сопротивление термопары, создает на ее зажимах дополнительный дифференциальный сигнал.
Это приводит к незначительному увеличению напряжения на выходе U1 (в сравнении с состоянием при выключенном Q1). Если же Q1 включен при коротком замыкании выводов термопары, никаких изменений на выходе U1 не произойдет.
При обрыве термопары U1 автоматически примет конфигурацию буфера с единичным усилением (задаваемым резисторами R4, R5 и R1). Вследствие этого напряжение на выходе U1 повысится на несколько вольт. Сравнив это напряжение с напряжением при выключенном транзисторе Q1, микроконтроллеру несложно правильно определить факт обрыва термопары.
Диоды D3, D4, и т.д., позволяют с помощью одной схемы контролировать несколько термопар. Резисторы R1 и R2 защищают входы U1 от случайного замыкания выводов термопары на положительную шину питания, что возможно в автомобильных приложениях. Если в вашем случае такой опасности не существует, резисторы можно не устанавливать.
Итак, при включении транзистора Q1 происходит небольшое увеличение выходного напряжения U1, напряжение не меняется совсем или же меняется значительно, в зависимости от состоянии термопары: исправна, замкнута накоротко или оборвана, соответственно. С помощью микроконтроллера можно распознать любое из этих состояний.
