Принцип работы электрических термометров и создание измерительного преобразователя для датчика термопары

Содержание

Задание на курсовую работу

Введение

1. Построение графика функции E = f(t)

1.2 Идеальная линейная характеристика

2. Точность преобразования и линейность

3. Разрешающая способность АЦП

4. Линеаризация НСХ преобразователя

5. Выбор и обоснование принципа работы узла АЦП

6. Определение времени преобразования измерительного

преобразователя

7. Структурная схема измерительного преобразователя

Заключение

Список литературы

Задание на курсовую работу

1. Исходные данные:

1) тип датчика – термопара: ТХА(К);

2) диапазон температуры – от 600 до 1100 °С;

3) входной сигнал – термо-э.д.с. (ГОСТ 6616-94 (ГОСТ Р50342-92), ГОСТ Р8.585 – 2001 (ГОСТ 3044-84));

4) выходной сигнал – двоичный код, пропорциональный температуре;

5) класс точности – 0,25;

6) время реакции датчика на изменение температуры – более 10 сек.;

7) гальваническое разделение между входными и выходными цепями.

2. Задание:

1) построить график функции E = f(t),

где E – термо-электродвижущая сила (термо-э.д.с.) термопары (мВ);

t – температура (°С);

2) построить прямую, соединяющую крайние точки заданного диапазона температуры, т.е. идеальную линейную характеристику преобразования по температуре;

3) определить максимальную в заданном диапазоне температуры погрешность нелинейности характеристики и сделать вывод о необходимости линеаризации, исходя из заданного класса точности с учетом запаса по погрешности не менее 20% от заданного (0,25);

4) определить разрешающую способность (разрядность) аналого-цифрового преобразования с учетом линеаризации, учитывая, что максимальная погрешность преобразователя в соответствии с ГОСТ 8.009 «Метрологические характеристики средств измерения» не должна превышать ± 5 квантов (единиц младшего разряда);

5) определить число участков линеаризации, обеспечивающих заданную точность преобразования, и предложить вариант линеаризации НСХ преобразователя по температуре любым способом (кусочно-линейная аппроксимация, прямое преобразование с помощью ПЗУ, другое);

6) выбрать и обосновать принцип работы узла аналого-цифрового преобразования;

7) разработать структурную (функциональную) схему измерительного преобразователя, указав основные функциональные узлы с учетом особенностей измерения температуры датчиком-термопарой (э.д.с. низкого уровня, компенсация температуры свободных концов). Составить описание устройства и принципа действия измерительного преобразователя по структурной (функциональной) схеме: функциональное назначение и необходимость в составе прибора каждого узла схемы.

Введение

В настоящее время широко используется преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, что связано с тем, что данные, представленные в цифровом виде легко обрабатывать с помощью существующих вычислительных устройств и реализовывать дешевые системы обработки и передачи данных. Преобразовывая в цифровую форму с помощью АЦП такие аналоговые величины, как температура, давление, скорость, звук, можно реализовать различные устройства обработки данных, отличающиеся высоким качеством работы при малой стоимости и простоте.

В связи с тем, что сейчас существует широкий выбор различных интегральных схем, сочетающих в одном кристалле все необходимые функциональные узлы для построения высококачественных и эффективных систем обработки различных физических параметров, то это позволяет ввести цифровую обработку сигналов любому разработчику, который в ней нуждается.

Не маловажным является различные датчики, которые нужны для измерения различных данных где порой человеку быть не суждено. Одними из них являются датчики измерения температуры или просто термодатчики. Различают следующие виды датчиков:

1. Жидкостные термометры. Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма материала, из которого сделан датчик (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.

2. Механические термометры. Термометры этого типа также по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль.

3. Электрические термометры. Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды.

Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной элетроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры). Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100(сопротивление при 0°С - 100Ω) PT1000(сопротивление при 0°С - 1000Ω) (IEC751). Температурный диапазон -200 +800°С.

4. Оптические термометры. Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров при изменении температуры.

Все термодатчики имеют нелинейную зависимость выходного сигнала от температуры (кроме тех, что были созданы с помощью интегральных микросхем).

В данной курсовой работе представлен процесс создания измерительного преобразователя для датчика термопары. Рассмотрим термопару ТХА(K).

1. Построение графика функции E = F(t)

Для построения НСХ - номинальной статистической характеристики (зависимость термо-э.д.с. термопары ТХА(К) от температуры) используем данные ГОСТ 3044-84 «Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики» (табл. 1).

Таблица 1

Страницы: 1, 2