Сравнительный анализ существующих приборов. Разработка функциональной схемы устройства. Выбор и статистический расчет элементов, входящих в систему: датчика, источник тока, усилителя, микроконтроллера, блок питания. Блок-схема управляющей программы.
При низкой оригинальности работы "Разработка устройства для измерения температуры неподвижного объекта (корпус электрической машины)", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Устройство 1 (патент приведен в приложении А1) предназначено для многоканального измерения температуры, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ многоканального измерения температуры, с последующим вводом полученных данных в IBM совместимый компьютер, основанный на применении преобразователя напряжения в частоту, представлен схемой преобразования ТЕРМОЭДС термопар, состоящей из блоков: блока коммутации аналоговых сигналов, блока усиления аналогового сигнала, блока АЦП, блока управления, блока сопряжения с шиной компьютера, блока опорных напряжений. Второе устройство (патент приведен в приложении А2) содержит источник тока, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, ключи, образцовые резисторы, мультиплексор, подключенный к его входу терморезистор, генератор сигналов, счетчик, регистр, процессор. Технический результат состоит в том, что точность измерения температуры повышается за счет инвариантности устройства к динамическому изменению угла направления на источник излучения. Четвертое устройство (патент приведен в приложении А4) содержит датчик температуры - термодиод с определенной ВАХ, в котором датчик температуры выдает анодный потенциал диода как сигнал температуры; стабилизированный ток на аноде диода; напряжение на аноде является выходным сигналом в момент переключения полупроводника.Устройство содержит микроконтроллер AT89C51CC02 фирмы Atmel, инструментальный усилитель AD620AR фирмы Analog Devices, операционный усилитель LF353D, стабилизатор напряжения LM317LD фирмы ST Microelectronics, датчик температуры (терморезистор), подключаемый по четырехпроводной схеме.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для многоканального измерения температуры, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ многоканального измерения температуры, с последующим вводом полученных данных в IBM совместимый компьютер, основанный на применении преобразователя напряжения в частоту, представлен схемой преобразования термо ЭДС термопар, состоящей из блоков: блока коммутации аналоговых сигналов, блока усиления аналогового сигнала, блока АЦП, блока управления, блока сопряжения с шиной компьютера, блока опорных напряжений. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности получаемых результатов, а также многоканальном преобразовании термо ЭДС термопар с последующим вводом полученных данных в компьютер. Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для многоканального измерения температуры, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Известен способ измерения температуры [1], основанный на применении преобразователя напряжения в частоту с использованием в качестве преобразователя температуры диода VD2, что обеспечивает измерение температуры от 0 до 100°С с разрешающей способностью ±0,1°С; при этом погрешность измерений не превышает ±0,3°С во всем диапазоне [см.Известно устройство для измерения температуры [1], содержащее терморезистор, коммутатор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь сопротивление-код, ключ, блок управления, образцовый резистор. Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения температуры [2], содержащее источник тока, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, ключи, первый образцовый резистор, мультиплексор, подключенный к его первому входу терморезистор.Устройство содержит оптическую систему, блок спектрального разложения, матрицу приемников и процессорный блок. Технический результат состоит в том, что точность измерения температуры повышается за счет инвариантности устройства к динамическому изменению угла направления на источник излучения. ), по которому температура определяется по отношению интенсивности монохроматического излучения и первой производной интенсивности излучения по длинам волн, взятой для значения той же длины волны, что и величина интенсивности монохроматического излучения. Решение задачи достигается тем, что в устройстве бесконтактного измерения температуры, содержащем оптическую систему, на оптической оси которой расположен блок спектрального разложения, формирующий изображение спектра излучения на поверхности детектора, выход которого соединен с процессорным блоком, детектор выполнен в виде матрицы приемников, границы которой превышают возможные перемещения границ изображения спектра излучения, а выход каждого из приемников через детектор соединен с соответствующим входом процессорного блока, выполненного с возможностью поиска максимального значения выходного сигнала приемника по матрице приемников, возможностью определения максимального значения производной выходных сигналов приемников по матрице приемников и возможностью вычисления температуры по отношению максимального значения производной выходных сигналов по матрице приемников к максимальному значению выходного сигнала приемника по матрице приемников с учетом коэффициента пропорциональ
Введение
Целью данной курсовой работы является разработка устройства для измерения температуры неподвижного объекта (корпус электрической машины). А также ознакомление с порядком поиска аналогов в бюллетенях изобретений.
В работе будут рассмотрены четыре аналога, найденных на первом этапе работы. Это необходимо для определения оптимальной конструкции, как самого датчика, так и самого устройства. Проведен сравнительный анализ данных устройств.
Параметры технического задания представлены в таблице 1.1
Таблица 1.1 - Параметры технического задания
Диапазон изменения температуры 20?C - 150?C
Допустимая погрешность измерения 2%
Напряжение питания 115 В
Частота питания 400 Гц
Выходной сигнал устройства 8-ми разрядный параллельный код
1. Сравнительный анализ существующих решений
Устройство 1 (патент приведен в приложении А1) предназначено для многоканального измерения температуры, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ многоканального измерения температуры, с последующим вводом полученных данных в IBM совместимый компьютер, основанный на применении преобразователя напряжения в частоту, представлен схемой преобразования ТЕРМОЭДС термопар, состоящей из блоков: блока коммутации аналоговых сигналов, блока усиления аналогового сигнала, блока АЦП, блока управления, блока сопряжения с шиной компьютера, блока опорных напряжений. Недостаток данного устройства в использовании термопары. Огромный плюс термопар - широкий температурный диапазон измерения в текущей задаче остается невостребованным.
Минус: влияние на показания температуры свободных концов становится существенным при относительно низких температурах (20-150 ?C)
Второе устройство (патент приведен в приложении А2) содержит источник тока, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, ключи, образцовые резисторы, мультиплексор, подключенный к его входу терморезистор, генератор сигналов, счетчик, регистр, процессор.
Второе рассмотренное устройство, на мой взгляд, в рамках поставленной задачи, является наиболее удачным, т.к.
1. объект измерения неподвижен
2. терморезистор, как датчик, является дешевым устройством, что приводит к существенной экономии ресурсов.
3. устройство будет просто в реализации
4. защищено от влияния пыли и загрязнений.
5. обеспечивает высокую точность
6. обладает линейной характеристикой
В дальнейшем будем рассматривать его как прототип относится к области оптической пирометрии и может быть использовано в измерительной технике, метрологии, дистанционном зондировании. Устройство содержит оптическую систему, блок спектрального разложения, матрицу приемников и процессорный блок. Технический результат состоит в том, что точность измерения температуры повышается за счет инвариантности устройства к динамическому изменению угла направления на источник излучения.
Достоинства: очень маленькая постоянная времени - несущественно, т.к. электрические машины обычно массивны - постоянная времени разогрева очень большая.
Недостатки: влияние загрязненности, сложность устройства, дороговизна.
Четвертое устройство (патент приведен в приложении А4) содержит датчик температуры - термодиод с определенной ВАХ, в котором датчик температуры выдает анодный потенциал диода как сигнал температуры; стабилизированный ток на аноде диода; напряжение на аноде является выходным сигналом в момент переключения полупроводника.
Усилитель - предварительный усилитель сигнала с датчика
МК - микроконтроллер.
Сигнал с датчика усиливается до необходимого уровня операционным усилителем и поступает на вход АЦП микроконтроллера. Источник тока необходим для работы датчика по четырехпроводной схеме.
3. Выбор элементов, входящих в систему, статический расчет
3.1 Датчик
Возьмем в качестве датчика температуры медный датчик (ГОСТ 8.625-2006) класса B с линейной характеристикой в диапазоне (0?-200?C) :
где - сопротивление ТС, Ом при температуре t?C, =100 Ом - номинальное сопротивление ТС, при температуре 0?C, .
Для класса B допуск в ?C: При t=150?C
Допуск: Или максимальная погрешность датчика: Датчик подключим по четырехпроводной схеме.
3.2 Источник тока
Для питания датчик необходим источник тока.
Источник тока реализуем на интегральном стабилизаторе напряжения LM317LD, включенном по схеме на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 - Схема включения LM317 в качестве источника тока при
Ом
Резистор выберем из стандартного ряда E192.
3.3 Усилитель
Усилитель соберем на инструментальном ОУ с высокоомными входами, для исключения влияния входного сопротивления усилителя на датчик.
На вывод reference будем подавать напряжение, соответствующее значению при температуре равной 0?С, для того, чтобы увеличить ширину полезного сигнала. Напряжение на датчике при 0 ?С равно: При 150 ?С:
Максимальное напряжение на АЦП равно 3 В
Коэффициент усиления ОУ:
Коэффициент усиления задается выбором Rg
Из ряда Е192 выберем 32,8 КОМ
3.4 Микроконтроллер
Микроконтроллер возьмем со встроенным АЦП.
Atmel - AT89C51CC02, корпус SO28
Напряжение питания - 3-5.5В
Основные характеристики приведены в приложении В.
3.5 Блок питания
В качестве блока питания выберем МАА20-1К9-СКН, входное напряжение - 115В, 400 Гц, выходное - 9В постоянного тока. Описание блока питания приведено в приложении Б.
Для питания микропроцессора, обеспечения двухполярного питания ОУ используем резисторный делитель с повторителем на ОУ.
Для АЦП микроконтроллера необходимо напряжение, которое будем максимальным значение оцифровываемого напряжения. Зададим его значение в 1,875В резисторным делителем из опорного напряжения 2,5В.
Зададим ток в 8,3 МА.
Из стандартного ряда
R2=301Ом
4. Блок-схема программы
Рисунок 4.1 - Блок-схема программы
Вывод
В результате данной курсовой работы было спроектировано устройство для измерения температуры.
Устройство содержит микроконтроллер AT89C51CC02 фирмы Atmel, инструментальный усилитель AD620AR фирмы Analog Devices, операционный усилитель LF353D, стабилизатор напряжения LM317LD фирмы ST Microelectronics, датчик температуры (терморезистор), подключаемый по четырехпроводной схеме. Устройство обеспечивает измерение температуры от 20°-150°C с точностью 2%, и выходной сигнал - 8-ми разрядный параллельный код, что соответствует требованиям технического задания.
Список литературы
1. Алексеев А.Г., Войшвилло Г.В. Операционные усилители и их применение - М., издательство: "Радио и связь" 1995. - 120 с.
2. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем. - М., издательство: Мир 1992. 480 с.
3. ГОСТ Р 8.625-2006 Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытания.
4. Методичка КОНТРОЛЬ и АВТОМАТИКА / Научно-производственная фирма КОНТРАВТ, 2005
5. Микушин А. Занимательно о микроконтроллерах -СПБ., издательство: БХВ-Петербург 2006. 424 с.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
