Быстрый усилитель сигнала термопары К типа без компенсации холодного спая. Опции

[Dikoy]

Собственно, задача только на первый взгляд простая. В реальности есть цепь из 10 термпар К типа, соединённых параллельно, проводки из термокомпенсационного кабеля и показометра типа "вольтметр заточенный". Нужно мерить эту цепь прибором, но при этом сохранить работоспособность штатного показометра. Диапазон интересующих температур +200..+1100 С.
Смог придумать только такую схему (аттач). Смысл в том, что ключ быстро переключается на ОУ, АЦП производит измерение, ключ уходит назад. Вольтметр, теоретически, даже не успеет заметить пропадание сигнала.
В качестве ключа выбрал сигнальные реле: http://www.chipdip.ru/catalog/show/reed-re...;gq=&sklad= Время переключения документировано как 1 мс с учётом дребезга.
Электронные ключи не подходят, т.к. сопротивление линии провод/термопара, без учёта прибора, строго нормировано как 6 ом, а ключи имеют сопротивление 30-50 ом. У релюшки же 0,15 ом максимум.
АЦП имеет время преобразования 380 мкс.
И того, 3-5 мс должно хватить на цикл измерения.

Для нужд измерения температуры промышленностью выпускаются:
1. Спец АЦП: http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX31855.pdf Всем хорошо, но время конверсии 100 мс... :-\
2. Спец ОУ: http://www.analog.com/static/imported-file...5_8496_8497.pdf Тоже прикольная штука и компенсация встроена, но усиление подобрано для диапазона не более 1000 градусов, а мне надо 1100-1200. Смещение же позволяет лишь понижать порог измерения (в отрицательные температуры например), но не повышать...
3. Всякие разные обычные ОУ с обвязкой. Вот этот вариант интересен.
Нужен быстрый ОУ, чтобы не тратить ценное время переключения на его устаканивание, с малым дрейфом и утечкой. Термокомпенсация не нужна, т.к. имею на борту цифровой термометр и температуру платы знаю.

Внимание, вопрос. Покритикуйте решение (возможно, получится придумать что получше) и если решение нормальное, порекомендуйте ОУ.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Ну, тут и критиковать нечего. По крайней мере, нужно понять:
а) зачем термопары соединены параллельно?
б) зачем отключать усилитель от "вольтметра"? Почему они не могут быть включены одновременно?
в) каково сопротивление контактов переключателя? Какова получится ошибка измерения напряжения термопар, учитывая мизерный ток через контакты и пр. отягчающие обстоятельства.
Ответьте на эти наводящие вопросы и Вы поймёте, что "решение" никуда не годится.

[Dikoy]

Ну, тут и критиковать нечего. По крайней мере, нужно понять:
а) зачем термопары соединены параллельно?
б) зачем отключать усилитель от "вольтметра"? Почему они не могут быть включены одновременно?
в) каково сопротивление контактов переключателя? Какова получится ошибка измерения напряжения термопар, учитывая мизерный ток через контакты и пр. отягчающие обстоятельства.
Ответьте на эти наводящие вопросы и Вы поймёте, что "решение" никуда не годится.

а) чтобы мерить среднее по больнице (точкам измерения).
б) Вольтметр просаживает сигнал. Причём нет гарантий, что каждый одинаково.
в) 0,15 ом, как я и писал. Линия 6 ом. 2,5%. Если представить линейную зависимость ошибки вольтметра от сопротивления линии, то это 27 градусов в минус. На вольтметре - АЦП с её входным сопротивлением пофиг. В принципе, вольтметр точнее и не показывает. В крайнем случае эту погрешность можно и подкрутить вручную болтиком на стрелке.
Таким образом цель номер раз - получить точный сигнал на АЦП - достигается, а вольтметр можно и подправить.

А если использовать для коммутации обычный полевик? Переключать только одну линию (вполне достаточно). Время переключения мизерное, сопротивление канала тоже. Вопрос только, не будет ли он искажать сигнал?.. То есть насколько линейна передаточная характеристика.

[domowoj]

а) чтобы мерить среднее по больнице (точкам измерения).

Интересно, а что они покажут, включенные паралельно, какое среднее.

[Dikoy]

Интересно, а что они покажут, включенные паралельно, какое среднее.

Видимо, арифметическое
Насколько понял из гугля, разработчики котла просто взяли комплект термопар и показометр от авиадвигателя. Вот похожая отечественная система, правда там уже 7,5 ом http://www.linurati.net/avia_t1r11part7.html

Сигнал надо умощнить. Ставим ОУ в режиме повторителя, далее что угодно.

А ОУ потянет 0..47 мВ без искажений?

Удовлетворительно работают руднев-шиляевские АЦП напрямую и всякие подобные им. А на адвантечевских платах даже датчик температуры холодного спая присутствует.

У меня свой АЦП со своим контроллером. Фактически, что-то типа умного и заточенного под задачу ADAM-4118 я сейчас и проектирую.

а что, к групповым выводам термопар при каждом измерении подключаются разные вольтметры ?
или вы имеете в виду " неодинаковое просаживание" - для каждой из параллельных линий от термопар при постоянно подключенном вольтметре?

Нет, конечно, вольтметр один и термопары одни, но у каждой установки эта цепь индивидуально настроена резистором в цепи термокомпенсацмонного кабеля и резистором в вольтметре.

я бы плясал "от печки" - калибровки измерительной системы
- подобрать термопары вместе с токосъемными линиями так, чтобы их показания в нужном диапазоне температур были близки с необходимой точностью;
- определить поправочные калибровочные коэффициенты по образцовому измерителю для нужного диапазона температур при параллельном соединении и размещении всех термопар в одной точке с постоянно подключенным вольтметром, который и будет использоваться в дальнейшем;
- откалибровать по образцовому измерителю подключенный к этой схеме измерительный АЦП (ОУ или ...);

во всяком случае, я по такой методике с помощью группы термопар замерял скорость воздушного потока в горных выработках , правда тогда (в далекие 60-70-е) в моем распоряжении не было ни АЦП, ни ОУ, обходился гальванометрами и светолучевыми осциллографами ...

Термопары есть в установке родные. Никто их подбирать не будет, ещё и заменят вышедшие из строя не глядя.
То же с вольтметром - всегда могут тупо поменять.
Что касается калибровки, то я могу калибровать только при помощи калибратора, имитирующего показания термопар. В линии он работать не будет, т.к. термопары дадут КЗ. Если их отключить и калибровать с вольтметром, то где гарантии, что ток генерируемый калибратором больше или равен термопарному? Иначе просадка будет другая. Ну и т.д.

Идея с ключами как раз и произошла от желания избавиться от всего мусора в цепи термопар и мерить только их. Те же ADAM-4118 прекрасно работают с такими термопарами (напрямую, без вольтметра вестимо). При работе с АЦП ключ не окажет заметного влияния на его показания, из-за высокого входного сопротивления АЦП. Показания вольтметра немного исказит, да, но это терпимо и может быть подкорректировано.

2. Что же по Вашему мнению будет на выходе этих штучек при 5 мв на градус при 1100 градусах, если питать их 15 вольтами?
Вы также можете использовать другую штучку - для термопар с большей термоэдс (меньшим усилением). Нулевой спай и калибровка будут кривоваты.

Таки а где я возьму 15 вольт? И входной диапазон АЦП +-5 вольт (помянутый ранее AD7609). Минус на выходе я могу померить, но выше +5 - нет.
Насчёт усилка для J подумаю, возможно и прокатит... Всё равно калибровать буду калибратором, так что переходная характеристика мне в общем то пофиг, а вот над холодным спаем надо подумать...


Сообщение отредактировал Dikoy - Sep 13 2011, 13:39