Устройство для измерения температуры - Контрольная работа

Провести расчет погрешностей измерения температуры с учетом метрологических характеристик ТП; Обозначения t - измеряемая температура; Rt - сопротивление терморезистора при температуре t; IEX - ток, протекающий по терморезистору; N - число, двоичный код которого образуется на выходе АЦП;В современных электронных устройствах измерение температуры чрезвычайно важно, особенно если речь идет о дорогих малогабаритных компьютерах или других портативных устройствах с плотно упакованными электронными компонентами, которые рассеивают заметную мощность в виде тепловой энергии. Знание температуры системы можно также использовать для управления зарядом аккумуляторных батарей и для предотвращения повреждения дорогостоящих микропроцессоров. Таким образом, температура является одной из наиболее часто измеряемых физических величин, поскольку практически нет ни одной области деятельности, где не требовалось бы измерять и регулировать температуру.Разрабатываемое устройство конструктивно должно представлять собой плату, подключаемую к компьютеру. Применение термопар требует измерение э.д.с. термопары и измерения температуры свободных концов термопары. Применение же термометров сопротивления сводится к измерению сопротивления, которое достаточно просто реализуется проведением косвенного измерения.Основные характеристики термопар задаются стандартами ГОСТ 6616 - 94 «Преобразователи термоэлектрические. Основные характеристики некоторых из наиболее известных термопар показаны в таблице №1. Для создания термопар используются следующие металлы: железо, платина, родий, рений, вольфрам, медь, алюмель (сплав никеля и алюминия), хромель (сплав никеля и хрома) и константан (сплав меди и никеля). Тип ТП (буквенное обозначение НСХ и промышленного термопреобразователя) Диапазон измерения температуры, °С Диапазон термо-ЭДС, МВ Предел допускаемого отклонения от НСХ: для классов,°С Таблица № 2 содержит значения термо-ЭДС и результаты расчета относительных погрешностей измерения температуры для наиболее высоких классов точности.2 приведена функциональная схема устройства в режиме измерения температуры с помощью ТП. В режиме работы с ТП измерение ЭДС термопары производится с использованием внутреннего источника опорного напряжения Uref. ЭДС термопары, соответствующая разнице температуры рабочего спая и температуры свободных концов; Измеренное значение ЭДС равно: Измерение температуры осуществляется путем измерения сопротивления, расположенного рядом со свободными концами термопары (схема компенсации): ОткудаВ соответствии с выбранными методами измерения наиболее целесообразным является использование АЦП с разделенными дифференциальными входами подключения сигнала и опорного напряжения, что позволит применить непосредственное подключение сопротивлений Rt , термопары и Rref к его входам. Таким образом, структурная схема устройства с учетом рекомендации применения АЦП должна иметь как минимум следующие функциональные узлы: 1) внешнюю измерительную цепь (ИЦ), состоящую из внешнего или внутреннего источника тока J, ТСП Rt , термопары и эталонного резистора Rref;ADUC816 является законченным препроцессором интеллектуального датчика (преобразователя), включающим в себя: два сигма-дельта АЦП высокого разрешения, 8-разрядное микропроцессорное устройство управления, встроенную неразрушаемую FLASH/EE память программ/данных. Это малопотребляющее устройство принимает сигналы низкого уровня непосредственно с первичного преобразователя. АЦП с встроенным цифровым фильтром предназначен для измерения низкочастотных сигналов в широком динамическом диапазоне таких, как сигналы с устройств взвешивания, тензометров или сигналы с температурных датчиков. На первый канал (AIN1 ) подключена термопара, типа хромель - копель. На второй канал (AIN2 ) подключено термосопротивление Rt, типа 100П, служащее для измерения температуры холодного спая.В соответствии с рекомендациями на рисунке (Приложение А) приведена принципиальная схема устройства, предназначенного для работы с ТП для измерения температуры в установленном диапазоне температур. Она включает следующие микросхемы: MICROCONVERTERTM ADUC816; микросхема начальной установки ADM810; микросхема CP2102, преобразующая интерфейс UART непосредственно в интерфейс USB. Микросхема ADM 810 используется для начальной установки устройства. Генератор сброса ADM810 отслеживает уровень питающего напряжения в составе микропроцессорной или другой системы и выдает сигнал сброса при включении, выключении и при понижении напряжения питания. Взаимодействие с компьютером является очень важным элементом в работе нашего устройства; несмотря на то, что устройство способно работать в автономном режиме оно, тем не менее, должно при необходимости передавать на компьютер полученные результаты, и брать из компьютера в свою очередь новые значение поправочных коэффициентов и прочую служебную информацию.Получается, что в программе можно не устанавливать время выполнения измерения и, соответственно, не использовать дополнительный таймер.

Содержание

Техническое задание 2

Введение 4

1. Анализ технического задания 6

2. Основные характеристики термопар 7

3. Функциональная схема и функции преобразования устройства 10

4. Принципиальная схема устройства 13

4.1 Аналоговая часть схемы 13

4.2 Цифровая часть схемы 16

4.2.1 Микросхема ADM810 16

4.2.2 Микросхема CP2102 17

4.3 Время измерения температуры 18

5. Метрологический расчет 20

Список литературы 24

Приложение А 25

Техническое задание

Тема проекта: Устройство для измерения температуры

Цель проекта: Разработка принципиальной электрической схемы устройства, предназначенного для работы с термопарами (ТП) и удовлетворяющего заданным техническим требованиям.

1. Технические требования

1. Число каналов - 1 (ТП)

2. Диапазон измеряемых температур в соответствии с ГОСТ Р 8.585 - 2001 и ГОСТ 6651 - 94;

3. Время измерения не более 1с;

4. Основная погрешность измерения напряжения не более (0,1/0,05) % для рабочих условий 3-ей группы средств измерений;

5. Подавление помех нормального вида с частотой 50 Гц 0,5 Гц не менее 60 ДБ;

6. По условиям эксплуатации устройство должно соответствовать группе средств измерений - 3;

7. Устройство сопряжения с ЭВМ - последовательный интерфейс (USB);