Специальная часть

1. Проработка общих требований к измерителю температуры

1.1. Анализ технического задания

Техническое задание (ТЗ) предполагает создание проекта самостоятельного, конструктивно и функционально законченного устройства, выпуск комплекта чертежей и, в общем случае, другой документации.

Исходя из условий ТЗ, сделаем предварительные заключения о том, какими свойствами должно обладать проектируемое устройство, его схема и компоненты.

1. Измеритель, согласно ТЗ, должен обеспечивать измерение температур в интервале от 0 до 800 ⁰С. Это приводит к необходимости использовать в качестве датчика температуры термопару из материалов с соответствующей тепловой стойкостью, другие методы представляются более сложными в реализации. Поскольку по напряжению на термопаре можно установить только разность температур, то абсолютная температура одного из спаев должна быть также измерена для определения окончательного результата.

2. С учетом п.1 можно утверждать, что датчик температуры будет составным, абсолютная температура должна измеряться на холодном спае.

3. Сигнал в форме напряжения, идущего с термопары, какой бы обработке он далее ни подвергался, должен усиливаться, поскольку природа термоэлектродвижущей силы не позволяет получить напряжение достаточного уровня с использованием всего двух спаев. Поскольку напряжение на термопаре несет непосредственную информацию о том, какова разность температур меду спаями, то усиление не должно приводить к существенным его искажениям и быть максимально линейным.

4. Необходимо учитывать, что возможна ситуация, когда температура горячего спая будет ниже, чем у холодного. Это возможно при прогреве изделия, поскольку объем воздуха, находящийся в корпусе, будет прогреваться энергией, выделяемой установленными в нем электрорадиоэлементами. Кроме того, через цепь термопары не должно течь никаких посторонних токов.

5. Исходя из пп. 3 и 4, в качестве активных элементов каскадов аналоговой обработки сигнала с датчика можно выбрать операционные усилители. Требования к характеристикам операционных усилителей должны быть проработаны с учетом необходимой точности измерения температуры, а также других факторов.

6. При проработке конструкции выносного датчика температуры, содержащего горячий спай, необходимо учитывать требования по электробезопасности, т.е. датчик должен иметь такую конструкцию, чтобы оператор не подвергался опасности поражения электрическим током, и была исключена возможность короткого замыкания при измерении температуры, например, элементов в радиоэлектронных средствах.

7. Конструкция выносного датчика тока должна предусматривать замену элементов, соприкасающихся с объектом, температура которого измеряется.

8. Потребность в выводе значения измеряемого тока на семисегментные индикаторы, в вычислении температуры, выводе её на внешне устройство по интерфейсу RS-232, работа с датчиком абсолютной температуры приводит к тому, что для реализации этих функций необходимо обрабатывать сигналы в цифровом виде. Для оцифровки сигнала, прошедшего первичную обработку, необходимо ввести в цепь АЦП с соответсвующией разрядностью. Кроме того, такой АЦП должен работать как с положительными, так и отрицательными сигналами. Уровень сигналов измеряется относительно аналогового общего вывода АЦП. В соответствии с требованием по частоте обновления информации о температуре количество выборок должно быть не менее двух в секунду.

9. В целях компенсации температурного дрейфа характеристик элементов, входящих в состав каскада первичной обработки сигналов с термопары, необходимо использовать соответствующее схемотехническое решение. Датчик абсолютной температуры холодного спая термопары целесообразно использовать в интегральном исполнении.

10. Для обработки данных, поступающих от аналоговой части измерителя и с цифрового датчика температуры необходимо использовать микроконтроллер, алгоритм функционирования которого должен быть составлен соответствующим образом. Это отдельная задача. В рамках дипломного проектирования задача программирования контроллера не ставится и рассматриваться не будет.

11. В соответствии с требованиями ТЗ время готовности устройства к работе после включения с учетом прогрева и выхода на рабочий режим всех его элементов должно быть не более 90 с. Это подразумевает блокировку измерения температуры в течение всего времени прогрева с выводом соответствующей информации на индикатор.

12. Т.к. проектируемое устройство является самостоятельной, конструктивно и функционально законченной единицей, то его сборка предполагается в отдельном корпусе, в котором смонтированы все элементы, за исключением горячего спая термопары, который должен выступать в качестве выносного датчика.