Контактные методы и средства электроизмерения температур
Введение
Современная термодинамика определяет температуру как величину, выражающую состояние внутреннего движения равновесной макроскопической системы и определяемую внутренней энергией и внешними параметрами системы.
Непосредственно температуру измерить невозможно, можно лишь судить о ней по изменению внешних параметров, вызванному нарушением состояния равновесия благодаря теплообмену с другими телами.
Каждому методу определения температуры, в основе которого лежит зависимость между каким-либо внешним параметром системы и температурой, соответствует определенная последовательность значений параметра для каждого размера температуры, называемая температурной шкалой. Наиболее совершенной шкалой является термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина).
Исходным эталоном температуры является комплекс изготовленных в разных странах мира газовых термометров, по показаниям которых определяются численные значения реперных точек по отношению к точке кипения химически чистой воды при давлении 101325 Па, температура которой принята равной 100,00°С (373,15 К точно).
Весь температурный диапазон перекрывается семью шкалами, для воспроизведения которых в зависимости от области шкалы используются различные методы: от 1,5 до 4 К - измерение давления паров гелия-4, от 4,2 до 13,8 К - германиевые терморезисторы, от 13,8 до 273,16 К и от 273,16 до 903,89 К- платиновые терморезисторы от 903,89 до 1337,58 К - термопары платинородий - платина, от 1337,58 до 2800 К - температурные лампы и от 2800 до 100 000 К - спектральные методы.
Огромный диапазон существующих температур (теоретически максимально возможное значение температуры составляет 1012 К) обусловил большое разнообразие методов их измерения.
Термоэлектрический метод измерения температуры основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры
Нас будут интересовать контактные методы и средства электроизмерения температур.
Тепловым называется преобразователь, принцип действия которого основан на тепловых процессах и естественной входной величиной которого является температура. К таким преобразователям относятся термопары и терморезисторы, металлические и полупроводниковые. Основным уравнением теплового преобразования является уравнение теплового баланса, физический смысл которого заключается в том, что все тепло, поступающее к преобразователю, идет на повышение его теплосодержания QТС и, следовательно, если теплосодержание преобразователя остается неизменным (не меняется температура и агрегатное состояние), то количество поступающего в единицу времени тепла равно количеству отдаваемого тепла. Тепло, поступающее к преобразователю, является суммой количества тепла Qэл, создаваемого в результате выделения в нем электрической мощности, и количества тепла Qто, поступающего в преобразователь или отдаваемого им в результате теплообмена с окружающей средой.
Явление термоэлектричества было открыто в 1823 г. Зеебеком и заключается в следующем. Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 1.), причем температуру 1 одного места соединения сделать отличной от температуры о другого, то в цепи появится э.д.с., называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.) и представляющая собой разность функций температур, мест соединения проводников.
Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, - термоэлектродами, а места их соединения - спаями.
Рис.1. Конструкция термопары
При небольшом перепаде температур между спаями термо-э.д.с. можно считать пропорциональной разности температур.
1. Метрологические характеристики средств измерений
.1 Общие положения
Метрологические характеристики - это характеристики, влияющие на результат и погрешность измерений, они позволяют осуществить оптимальный выбор приборов и проводить их сравнения. Все метрологические характеристики можно разделить на пять групп:
- это разность между измеренным и истинным значением, вычисляется по [1]:
(1.2)
- это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, вычисляется по [1] формула (1.3):
(1.3)
- это отношение абсолютной погрешности к диапазону измерений, вычисляется по [1] :
(1.4)
- максимальное значение шкалы прибора;
T(K)V (мкВ)Нагревание231321,5382462,5553704Охлаждение583502,5422361,5281
по зависимости = с помощью метода наименьших квадратов. При этом уравнение линейной регрессии имеет вид:
,
, здесь
По формуле (11) находим отношение концентрации электронов в металлах спая термопары:
Погрешность определения углового коэффициента A находится из соотношения:
Расчёт погрешности осуществляется как расчёт погрешности косвенного измерения, в результате чего получается формула:
Расчет погрешности
Внешняя балансировка напряжения смещения осуществляется переменным резистором, подключаемым к выводам 1,8 и 7. Содержит 32 интегральных элемента. Корпус типа 301.8-2, масса не более 2 г и 2101.8-1, масса не более 1 г.
Корпус К544УД1 Корпус КР544УД1
Этот короткое руководство предназначено для людей, которые только что собрали или купили программатор для PIC микроконтроллера и хотят убедиться, что оба, программатор и микроконтроллер, работают. Для этого сначала необходимо обладать некоторыми знаниями о структуре и функционировании PIC микроконтроллера. Это цоколевка выводов (см.рис.):
рис.5.8
Выводы RA* и RB* - это контакты ввода/вывода, связанные с регистрами микроконтроллера PORTA и PORTB соответственно (RA4 также может быть использоваться как вход внутреннего таймера, а RB0 может быть использован как источник прерываний). VDD и VSS - выводы питания (+Uпит и GND соответственно). Серия 16x84 работает в широком диапазоне питающих напряжений, но обычно VSS подключен к 0В, а VDD подключен +5В.
Вывод основного сброса /MCLR обычно подключен к VDD (напрямую или через резистор), потому что микроконтроллер содержит надежную схему сброса при включении питания - все, что вам надо, микроконтроллер выполнит сам. Выводы OSC1 и OSC2 подключаются к генератору тактовой частоты и могут быть сконфигурированы для различных его типов, включая режимы кварца и RC-генератора. Простая схема, которая используется как база для проекта с использованием PIC16C84 представлена на рисунке:
Более наглядная схема:
Устройство отображения информации (ЖКИ)
Блоками цифровой индикации мы условно называем важнейшие части и узлы измерительных и контролирующих приборов, электронных часов и многих других приборов и устройств с визуально наблюдаемой цифровой информацией. Их образуют дешифраторы - специальные микросхемы, преобразующие (дешифрирующие) логическое кодовое состояние предшествующих им счетчиков импульсов в сигналы десятичной системы, и знакосинтезирующие индикаторы - электронные приборы, отображающие информацию. Один дешифратор и соответствующий ему один знакосинтезирующий индикатор образуют одноразрядный блок цифровой индикации.
Что собой представляют и как работают знакосинтезирующие индикаторы?
Для отображения результатов измерений и служебной информации необходимо применение точечно-матричного индикатора. В настоящее время существует 3 основных семейства устройств отображения информации- вакуумно-люминесцентные, светодиодные и жидкокристаллические.
Вакумно-люминесцентные приборы требуют относительно высоких (порядка 30-50 В) напряжений питания и дополнительных цепей питания переменного тока для обеспечения прогрева катода. Применение такого устройства отображения в данном приборе существенно увеличило бы его сложность и габариты.
Матричные светодиодные устройства отображения изготавливаются в виде относительно небольших матриц (как правило 7х5 или 8х8 элементов). Одного такого устройства достаточно для отображения одного символа. Для работы прибора необходимо одновременное отображение, по, крайней мере, 12-15 символов. При сборке устройства отображения, удовлетворяющего таким требованиям из отдельных элементов, по 1 символу возникают определенные технологические трудности, связанные с размещением большого количества электрических цепей на плате устройства отображения информации.
Рис 5.9 - Структурная схема жидкокристаллического модуля семейства LM44780.
Точечно-матричный жидкокристаллический индикатор семейства LM44780 основные характеристики.
Тип индикатора пассивный, матричный.
Количество отображаемых символов/строк 20/2
Размеры знакоместа одного символа 5х7
Схема управления и регенерации встроенная
Управление 3-х разрядная линия
Количество генерируемых символов208
Для записи информации в ЖК-модуль необходимо выставить сигнал RS в состояние, соответствующее характеру обмена; сигнал R/W установить в низкий логический уровень, выставить на шине данных передаваемую информацию, изменить уровень сигнала Е с низкого на высокий и обратно.
После проведения записи информации, модуль временно блокируется для ее обработки и не отвечает на внешние запросы. Характерным признаком такого состояния является высокий логический уровень во всех разрядах шины данных. После завершения внутренней операции шина данных будет выставлена в низкий логический уровень.
Работа с модулем отображения информацией должна начинаться со специальной инициализирующей последовательности данных. Далее следуют команды очистки индикатора, управления курсором, определения произвольных символов (если необходимо) и коды выводимых символов.
Рис. 5.10 - Условное графическое обозначение и структура.
Выбор блока питания- Регулируемый источник питания (LM317) 1,2…20В/1,0А
Источник питания предназначен для питания различных радиоэлектронных устройств. Наличие регулировки позволяет установить выходное напряжение стабилизатора в пределах 1,2…20 В с максимально допустимым током до 1,0 А, что значительно расширяет возможности его применения.
Предлагаемый источник питания имеет хорошие технические характеристики и удовлетворяет самым высоким требованиям, предъявляемым к устройствам данного класса. Стабилизированный источник питания имеет встроенную систему защиты от перегрузки по току и превышению максимально допустимой температуры. Он прост в сборке и надежен в эксплуатации. Данное устройство найдет широкое применение в радиолюбительской практике. Размер печатной платы: 90x40 мм.
Технические характеристики.
Выходное напряжение: 1,2 20 В.
Номинальный ток нагрузки: 1,0 А.
Максимальный ток нагрузки: 1,2 А.
Минимальное входное напряжение переменного тока при номинальном токе нагрузки, не менее: ~7,0 В (при выходном напряжении не более 1,5 В).
Максимально допустимое входное напряжение переменного тока при номинальном токе нагрузки, не более: ~26
Краткое описание:
Стабилизированный источник питания состоит из выпрямителя, выполненного на диодах VD1..VD4 сглаживающего фильтра (конденсатор С1) и линейного стабилизатора напряжения, выполненного на интегральной микросхеме DA1. Выходное напряжение стабилизатора устанавливается с помощью переменного резистора R1. Керамические конденсаторы С2…С4 предотвращают паразитное самовозбуждение микросхемы которое может быть вызвано характером нагрузки стабилизатора.
Внимание: при установке конденсатора С1 и диодов необходимо соблюдать полярность.
Рис. 5.12 - Электрическая схема
Управляющая клавиатура
Клавиатура, используемая в данной разработке должна содержать не менее двенадцати клавиш - клавиши для ввода цифр 0…9 и две функциональные клавиши - сброс и пуск.
Как показал анализ различных конструктивных вариантов клавиатур, а также обзор промышленно выпускаемых клавиатур, наиболее приемлема конструкция фирмы TESLA типа GP-8213.
Рис. 5.13 - Обозначение на печатной плате
Конструкция представляет собой пластину из диэлектрического материала (стеклотекстолит) на которой методом химического травления выполнены контактные площадки. Пример такой площадки показан на рисунке. Для замыкания между собой этих контактов используется резиновый диск, на который напылена тонкая пленка электропроводящего материала.
Диск приклеивается к резиновому основанию, которое исполняет роль пружины.
При нажатии на клавишу контактный диск прижимается к металлическим контактным площадкам и замыкает их между собой. Как показали измерения, несмотря на то, что электропроводящий слой достаточно тонкий, сопротивление такого контакта составляет примерно 60 Ом, что вполне приемлемо для управления цифровыми микросхемами ТТЛ (ТТЛШ).
Схема соединения контактных площадок приведена на рис. 5.15. Одна из сторон каждого контакта клавиш 0…9 а также клавиши пуск соединяется с источником питания +15 В. Входная сторона клавиши стоп соединяется с нулевым проводом.
Рис.5.15 - Электрическая схема клавиатуры
Заключение
Данный курсовой проект позволяет закрепить теоретические знания, полученные в курсе «Основы проектирования приборов и систем» и приобрести практические навыки в проектировании систем для измерения температуры с применением ЭВМ.
Список использованной литературы
1.ГОСТ 8.009-84 Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.
2.«Сплавы для термопар: Справочное издание» Рогельберг И.Л., Бейлин В.М 1983г.
3.Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 2./А.В. Нефедов. - М.: ИП РадиоСофт, 1999г. - 640с.:ил.
Больше работ по теме:
Предмет: Информатика, ВТ, телекоммуникации
Тип работы: Контрольная работа
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ