6. Вывод зависимости выходного сигнала от измеряемой переменной

Принимая номинальное значение сопротивления ТС при 0°С равное 100 Ом, можно задать градуировочные характеристики чувствительного элемента:

Рисунок 6.1– Градуировочная характеристика медного термосопротивления

Питание измерительного моста осуществляем от источника питания 15В. Возьмем значение всех сопротивлений моста равными термосопротивленю при 0 °С, т.е. равными 100Ом (Резистор R3 возьмем подстроечным с диапазоном сопротивления 100÷1000Ом). Тогда напряжение в измерительной диагонали моста Uизм:

Рисунок 6.2 – Зависимость напряжения на выходе измерительного моста от температуры

Как видно, сигнал обладает небольшой нелинейностью. Для задания унифицированного выходного сигнала 0-10В необходимо применение усилителя. Как видно из характеристики, коэффициент усиления составлять к=7.6. Усилитель строим на базе операционного усилителя PА282, c параметрами: напряжение источника питания UИП=15 В, коэффициент усиления 1000, входное сопротивление Rвх=50 МОм, потребляемая мощность 150мВт, входной ток Iвх=110 нА,

Коэффициент усиления инвертирующей усилительной схемы Кос должен быть равен 7.6:

;

где К– коэффициент усиления операционного усилителя

β – коэффициент обратной связи, определяемый:

Одновременно для инвертирующего ОУ

;

Имеем уравнение:

Для первой температурной зоны:

Возьмем R4=10кОм, тогда R5=76.3кОм, принимаем ближайшее стандартное значение R5=75кОм, (β1=0,133)

Тогда градуировочная характеристика измерительного прибора примет вид:

Рисунок 6.3 – Градуировочная характеристика измерительного канала

7. Принципиальная электрическая схема

Рисунок 7.1 – Электрическая принципиальная схема измерения

8. Расчет погрешности

Рассчитаем погрешности разработанных систем. Т.к. абсолютную и относительную погрешности оценить невозможно из-за отсутствия экспериментальных данных, оценим методическую погрешность связанную с нелинейностью градуировочных характеристик и приближением в расчетах элементов цепей.

Реальный коэффициент усиления усилителя, согласно выбранным номиналам резисторов составят:

Погрешность для характеристики состоит из 2-х составляющих:

где – линейная составляющая погрешности, вызванная округлениями в расчетах и приведению резистивных элементов к стандартным.

– нелинейная составляющая погрешности, вызванная нелинейный характер расчета Uизм

где Uизм100– расчетное значение напряжения при температуре 100°С, измеряемого при необходимом коэффициенте усиления,

Uрасч100– расчетное значение напряжения при температуре 100°С, измеряемого при расчитанном коэффициенте усиления.

Нелинейную погрешность определим через разность расчетной градуировочной характеристикой и прямой, проходящей через точки границ диапазона измерения, т.е. температур 0 и 100°С. Линейное характеристика имеет вид:

Угловой коэффициент а– отношение приращений:

Постоянная b=0, т.к. характеристика проходит через начало координат.

Тогда нелинейная погрешность рассчитывается:

Или полная погрешность

Данная зависимость изображена на рисунке 16

Рисунок №8.1 – Зависимость относительной погрешности измерения от температуры.

Заключение

В данном курсовом проекте рассмотрена возможность определения температуры в технологическом аппарате имеющем 3 зоны контроля. Контроль температуры осуществляется датчиками DS18S20. Диапазон измерений от -55 до 125 градусов цельсия. В ходе работы рассмотрены современные методики измерения температуры, преобразователи.

Литература

1. ГОСТ 6651-94 «Термопреобразователи сопротивлений. Общие технические требования и методы испытаний».

2. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, - 704 с.

3. Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972, - 392 с.

4. В.И.Галкин и др. Технологические измерения и КИП текстильной и легкой промышленности. Справочник. Мн., Беларусь.1987г.