Имитатор термопары

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2018

Термопары широко применяются в системах измерения температуры. При разработке или проверке системы необходимо наблюдать ее реакцию на различные температуры. Однако нагревать термопару всякий раз, когда потребуется проверить характеристики устройства, очень неудобно. Конечно, это можно сделать, просто касаясь спая нагретым паяльником, однако такой метод может дать только грубые, приблизительные результаты. Изображенная на Рисунке 1 простая схема позволяет устанавливать ряд напряжений, равных выходным напряжениям термопары при заданных температурах. Напряжение термопары имеет порядок десятков милливольт. Нормализация столь слабых сигналов требует использования усилителей с большими коэффициентами усиления. Такие усилители чувствительны к помехам. Однако, благодаря тому, что выходное сопротивление термопары равно примерно 1 Ом, при подключении усилителя к термопаре помехи проблем не создают. Но замена термопары высокоимпедансным источником при тестировании системы может привести к тому, что помехи, наведенные на схему, приведут к насыщению усилителя. Поэтому выходное сопротивление имитатора термопары должно быть низким, а в промежутках между измерениями выход должен подключаться к земле.

Рисунок 1.	Эта схема позволяет имитировать выходные напряжения термопары при различных температурах.

На Рисунке 1 показан имитатор для четырех температур. Чтобы получить низкий выходной импеданс, сопротивления резисторов R₂, R₄, R₆ и R₈ выбраны равными 1.3 Ом. Для выполнения требования, касающегося состояния имитатора между тестами, однополюсные переключатели без фиксации включены цепочкой таким образом, что когда нажатых переключателей нет, выход схемы соединен с землей. Нажимая на переключатели, можно получить на выходе одно из напряжений, заданных делителями R₁/R₂, R₃/R₄, R₅/R₆ или R₇/R₈. Предположим, например, что эквивалентные температуры имитатора равны 550, 855, 900 и 1070 °F. Напряжения хромель-алюмелевой термопары можно найти в [1]. Но имейте ввиду, что напряжения в этой книге приведены только для температуры холодного спая 32 °F. Рабочие температуры всегда различны, поэтому под каждую из них напряжения надо пересчитывать. Предполагая, что температура окружающей среды равна приблизительно 100 °F, можно найти выходные напряжения термопары, вычитая 1.52 мВ из значения для 32 °F (Таблица 1). Рассчитать сопротивления резисторов делителя можно с помощью следующей формулы:

где

R_U – сопротивление верхнего резистора делителя,
R_L – сопротивление нижнего резистора делителя,
V_CC – напряжение источника питания,
V_OUT – выходное напряжение.

Таблица 1.	Коррекция температуры холодного спая
Температура (°F) Напряжение при 320 °F (мВ) Напряжение при 1000 °F (мВ) 550 11.71 10.19 855 18.82 17.3 900 19.89 18.37 1070 23.91 22.39

Для упрощения регулировки выходного напряжения верхний резистор делителя состоит из 200-омного потенциометра и включенного последовательно с ним постоянного резистора.

Ссылки