Температурні вимірювання в промисловості. Дія термометрів опору. Температурний коефіцієнт електричного опору напівпровідника. Метали, які використовують для виготовлення термометрів опору. Максимально допустимі відхилення від градуйованих таблиць.
Аннотация к работе
Температура належить до найважливіших технологічних параметрів, від точності вимірювання яких залежить ефективність багатьох технологічних процесів. Інтенсивність перебігу хімічних реакцій, умови сушіння й формування виробів, розплавлення й зварювання матеріалів та інше визначає температура. Слово „температура” походить від латинського temperatura - нормальний стан. У молекулярно-кінетичній теорії температура - це величина, що визначається середньою кінетичною енергією частинок, з яких складається система. Вимірюють температуру термометрами на основі залежності яких-небудь властивостей тіла (обєму, електричного опору і т.п.) від температури.Дія термометрів опору основана на властивості речовини змінювати свій електричний опір при зміні температури. При вимірюванні температури термометр опору занурюють в середовище, температуру якого потрібно визначити. Знаючи залежність опору термометра від температури можна за зміною опору термометра робити висновок про температуру середовища, в якому він знаходиться. Раніше рахували, що найбільш придатним матеріалом для виготовлення термометрів опору є тільки чисті метали, але останні дослідження показали, що деякі напівпровідники теж можуть бути застосовані в якості матеріала для виготовлення термометрів опору. Для того, щоб запобігти від можливих механічних ушкоджень та дії середовища, температура якого вимірюється термометром, чутливий елемент його вміщують в спеціальну захисну гільзу.До позитивних якостей міді, як матеріала, що використовується для виготовлення чутливих елементів технічних термометрів опору типу ТОМ, треба віднести низьку вартість, простоту одержання такого дроту в різній ізоляції, можливість отримання провідникової міді високої чистоти. Залежність електричного опору міді від температури в широкому інтервалі температур підкоряється рівнянню: , (3) де Rt i R0 - опори даного зразка міді (ЧЕ мідного термометру) відповідно при температурі t і 0 0С; Температурний коефіцієнт опору визначають із значень опору чутливого елементу мідного термометру, виміряних відповідно для точки танення льоду і температури кипіння води. Мідний дріт використаний для виготовлення чутливих елементів мідних термометрів ТОМ, має температурний коефіцієнт опору a = 4,26?10-3 0С-1 . До числа недоліків слід віднести малий питомий опір (r = 1,7?10-8 Ом?м) та інтенсивну окисленість при невеликих температурах.Термопари використовуються в пристроях для вимірювання температури, системах управління та контролю, Їх робота основана на термо-електричному ефекті, який виникає в колі термопари. Термопара складається з двох послідовно зєднаних (спаяних) між собою різнорідних провідників (електродів) або напівпровідників. Для вимірювання термо-ЕРС, яку має термопара, в її коло вмикають вимірювальний прилад, наприклад, мілівольтметр, компенсатор тощо (рисунок 3).Цифровий вимірювальний прилад автоматично виробляє дискретні сигнали вимірювальної інформації, показання якого представлені в цифровій формі, тобто перетворює безперервну в часі і по розміру вимірювану величину в цифровий код. В даній курсовій роботі для подальшого перетворення вимірювальної інформації (температури) використаємо схему цифрового вимірювача параметрів електричних кіл (рисунок 4), в яку в якості первинного вимірювального перетворювача включимо мідний термометр опору. У такому цифровому приладі на коло, складене із зразкового конденсатора С0 і з Rx , опір якого змінюється в залежності від температури навколишнього середовища, подається напруга Uo від опорного джерела напруги ОДН. При цьому тригер сигналом “Пуск” встановлюється в нульовий стан на прямому виході, а на інверсному виході при цьому встановиться “1”, яка відкриє схему збігу SW, і на лічильник СТ почнуть поступати імпульси опорної частоти fo від генератора G. Uc = U0 (1 - e-1) @ 0,632 Uo (8) і на виході пристрою порівняння ПП формується сигнал “Стоп”, який встановлює тригер Т в одиничний стан на прямому виході та в нульовий стан на інверсному, що приводить до закриття схеми збігу SW (рисунок 5).Даний цифровий термометр представляє собою схему цифрового вимірювача параметрів електричних кіл у вимірювальне коло якого включено мідний термометр опору. Для отримання рівняння перетворення цифрового термометра в рівняння (9) замість Rx підставимо Rt з (4) З урахуванням рівняння (10) похибка квантування термометра буде мати вигляд ? = 1/Nt = , (12) Для дальніших розрахунків використаємо мідний термометр опору, який має R0 = 50 Ом, a = 4,26?10-3 0С-1 . З рівняння похибки квантування (12) визначимо частоту імпульсів опорної частоти генератора G. f0 = , (13) f0 =В курсовій роботі розроблено цифровий термометр, який дозволяє вимірювати температуру в діапазоні від 0 до 200 ОС. В якості вимірювального перетворювача вибрано мідний термометр опору типу ТОМ-0979.
План
Зміст графічної частини : функціональна схема цифрового термометра
Зміст пояснювальної записки: вступ, аналітичний огляд первинних перетворювачів температури, розробка структурної схеми, розробка функціональної схеми цифрового термометра, висновки, література, додаток.
Завдання видав ____________ ____________ підпис дата
Завдання отримав ____________ ____________ підпис дата
ЗМІСТ
ВСТУП
1 ОГЛЯД ТЕОРІЇ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ТЕМПЕРАТУРИ
1.1 Термометри опору
1.2 Метали, які використовують для виготовлення термометрів опору
1.3 Мідні термометри опору
1.4 Кварцеві і термотранзисторні термометри
1.5 Термопари
2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АЦП
ВИСНОВКИ
3 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ЦИФРОВОГО ТЕРМОМЕТРА
ВИСНОВКИ
ЛІТЕРАТУРА7
Додаток А Цифровий термометр. Схема електрична функціональна
Вывод
В курсовій роботі розроблено цифровий термометр, який дозволяє вимірювати температуру в діапазоні від 0 до 200 ОС.
В якості вимірювального перетворювача вибрано мідний термометр опору типу ТОМ-0979.
В якості АЦП використано схему цифрового вимірювача параметрів електричних кіл. Описано його роботу і виведено рівняння перетворення та похибки квантування.
Визначені залежності для нижньої та верхньої межі вимірювання.
Визначена опорна частота імпульсного генератора.
Розраховано розрядність двійкового лічильника.
Список литературы
1 Поджаренко В.О. та ін. Метрологія та вимірювальна техніка. Для самостійної роботи студентів та виконання курсових робіт. Вінниця: ВДТУ, 2000 - 65с.
2. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Вимірювання і компютерно- вимірювальна техніка. -Київ : НМК ВО, 1991.
3. Основы метрологии и электричесике измерения: Учебник для вузов / Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Душин и др.; Под ред. Е.М.Душина.-Л.: Энерго-атомиздат, 1987. - 480 с.
4. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. Под ред. Е.С.Полищука.-К.:Вища шк. Головное изд-во, 1984.-359 с.
5. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) / П.П.Орнатский.- К.: Вища шк., 1986.