СОДЕРЖАНИЕ.
Введение………………………………………………………………………..3.
Техническое задание…………………………………………………5.
График зависимости сопротивления от температуры R = f(T) термопреобразователя………………………………………………………….7.
Идеальная линейная характеристика преобразования по температуре…………………………………………………………………......9.
Погрешность нелинейной характеристики…………………………11.
Определение разрешающей способности АЦП ……………….…..13.
Линеаризация НСХ преобразователя……………………………....14.
Выбор и обоснование принципа работы АЦП……………………..16.
Расчет времени преобразования измерительного преобразователя………………………………………………………………..20
Структурная схема измерительного преобразователя …………...21.
Литература…………………………………………………………………...22.
ВВЕДЕНИЕ.
Электрические сигналы первичных измерительных преобразователей датчиков, хотя и несут измерительную информацию, но не могут быть использованы непосредственно для получения результата измерения. Этому препятствуют нелинейность статических характеристик, низкая нагрузочная способность, низкий уровень выходного сигнала, соизмеримый с уровнем помех, необходимость преобразования сигнала в унифицированную форму, приемлемую для средств отображения и регистрации измерительной информации, а также для средств автоматизации и вычислительной техники.
Поэтому между датчиками и конечными устройствами, использующими измерительную информацию (например, индикаторами или средствами вычислительной техники) используются промежуточные электрические измерительные преобразователи.
Основные функции, реализуемые в электрических измерительных преобразователях – это усиление, преобразование уровней, гальваническая развязка, линеаризация и фильтрация.
Одним из основных измерительных параметров является температура. Она измеряется практически во всех сложных технологических процессах. Датчики температуры широко применяются в промышленности. Большое разнообразие датчиков температуры, работающих на различных физических принципах и изготовленных из различных материалов, позволяет измерять ее даже в самых труднодоступных местах – там, где другие параметры измерить невозможно. Например, в активной зоне атомных реакторов установлены только датчики температуры, измерение которой позволяет оценить другие теплоэнергетические параметры, такие как давление, плотность, уровень теплоносителя и т.д.
В повседневной жизни, в бытовых приборах также применяются датчики температуры, например для регулирования температуры воды в системе отопления на основании измерения температуры теплоносителя на входе и выходе, а также температуры в помещении и наружной температуры; регулирование температуры нагрева воды в автоматических стиральных машинах; регулирование температуры электроплит, электродуховок и т.п.
В зависимости от назначения и области применения датчиков температуры различаются их характеристики: погрешность, рабочий диапазон температур, скорость реакции и др. Одними из самых точных датчиков температуры в диапазоне температур от 13,81 К до 903,89 К являются платиновые термопреобразователи сопротивления (ТС).
Платиновые ТС отличаются наиболее высокой стабильностью характеристики R(t). Номинальная статическая характеристика платиновых ТС приведена в ГОСТ 6651-94 «Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний».
1.Техническое задание.
Исходные данные.
Тип датчика температуры: термопара ТХК(L).
Диапазон температуры для датчика: от -50 до 100 °С.
Входной сигнал – термо-э.д.с. (ГОСТ 6616-94 (ГОСТ Р50342-92), ГОСТ Р8.585 – 2001 (ГОСТ 3044-84).
Выходной сигнал: цифровой - пропорциональный температуре двоичный код
Класс точности - 0.25.
Время реакции датчика на изменение температуры - более 10 с.
Гальваническое разделение между входными и выходными цепями.
Задание.
2.1 построить график функции E = f(t),
где E – термо-электродвижущая сила (термо-э.д.с.) термопары (мВ);
t – температура (°С);
Построить прямую, соединяющую крайние точки заданного диапазона температуры, т. е. идеальную линейную характеристику преобразования по температуре.
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 по п. 1.5.
Определить разрешающую способность (разрядность) АЦП-преобразования с учетом линеаризации (для линеаризации достаточно 2 разряда), учитывая, что максимальная погрешность преобразователя (п. 1.5) в соответствии с ГОСТ 8.009 «Метрологические характеристики средств измерения» не должна превышать 5 квантов (единиц младшего разряда).
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).
Выбрать и обосновать принцип работы узла АЦП-преобразования.
Определить время преобразования измерительного преобразователя, исходя из принципа работы узла АЦП-преобразования, фильтрации помех и времени реакции датчика.
2.8 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.
2. График функции E = F(t).
Для построения НСХ - номинальной статистической характеристики (зависимость термо-э.д.с. термопары ТХК(L) от температуры используем данные ГОСТ Р. 8.585-2001 Термопары «Номинальные статические характеристики преобразования» (табл. 1).
Таблица №1.
t, |
Е(t) |
-50 |
-3,005 |
-40 |
-2,431 |
-30 |
-1,843 |
-20 |
-1,242 |
-10 |
-0,627 |
0 |
0,000 |
10 |
0,639 |
20 |
1,290 |
30 |
1,951 |
40 |
2,624 |
50 |
3,306 |
60 |
3,999 |
70 |
4,701 |
80 |
5,413 |
90 |
6,133 |
100 |
6,862 |
Рис. 1 График зависимости термо-э.д.с. от температуры для датчика ТХK(L).