На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Измеритель температуры

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 04.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 10. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


     1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
           
     Для измерения температур применяются  контактные и бесконтактные методы. Для реализации контактных методов  измерения применяются термометры расширения (стеклянные жидкостные, манометрические, биметаллические и дилатометрические), термопреобразователи сопротивления (проводниковые и полупроводниковые) и термоэлектрические преобразователи. Бесконтактные измерения температуры осуществляются пирометрами (квазимонохроматическими, спектрального отношения и полного излучения) /1/.
     Контактные  методы измерения более просты и точны, чем бесконтактные. Но для измерения температуры необходим непосредственный контакт с измеряемой средой и телом. И в результате этого может возникать, с одной стороны, искажение температуры среды в месте измерения и с другой- несоответствие температуры чувствительного элемента и измеряемой среды. Это несоответствие температур или погрешность восприятия чувствительным элементом термометра измеряемого параметра в стационарном режиме имеет место. Если происходит теплообмен между термоприемником и измеряемой средой или частями технологического оборудования.
     Бесконтактные методы измерения не оказывают никакого влияния на температуру среды  или тело. Но зато они сложнее  и их методические погрешности существенно  больше, чем у контактных методов.
     
     Для оценки погрешности бесконтактных  методов измерения, как правило, необходимо знать спектральные характеристики коэффициентов излучения (поглощения) чувствительных элементов пирометров, промежуточных линз, стекол, других материалов или сред, через которые проходит излучение от измеряемой среды к чувствительному элементу. 
     Серийно выпускаемые термометры и термопреобразователи охватывают диапазон температур от минус 260 до плюс 2200°С.
      Термометры стеклянные
      Принцип действия основан на зависимости объемного расширения жидкости от температуры. Отличаются высокой точностью, простотой устройства и дешевизной. Однако стеклянные термометры хрупки, как правило, не ремонтопригодны, не могут передавать показания на расстояние.
      Основными элементами конструкции являются резервуар с припаянным к нему капилляром, заполненные частично термометрической жидкостью, и шкала. Конструктивно различают палочные термометры и термометры со шкалой, вложенной внутрь стеклянной оболочки.
      Диапазон  измерений от минус 100 до плюс 600°С.
      Манометрические термометры
      Принцип действия основана изменении давления (объема) рабочего вещества в замкнутом  объеме в зависимости от температуры  чувствительного элемента. Основными  частями манометрических термометров  являются термобаллон (чувствительный элемент), капилляр и деформационный манометрический преобразователь, связанный со стрелкой прибора. По принципу действия различают газовые, жидкостные и конденсаторные манометрические термометры.
      Диапазон  измерений от минус 200 до плюс 600°С.
      Термопреобразователи сопротивления

      Принцип действия основан на свойстве проводника (или полупроводника) изменять свое сопротивление с температурой.
      Основными частями термопреобразователя сопротивления являются чувствительный элемент, защитная арматура и головка преобразователя с зажимами для подключения чувствительного элемента и соединительных проводов. Чувствительные элементы медных термопреобразователей сопротивления представляют собой медную проволоку, покрытую эмалевой изоляцией, которая бифилярно намотана на каркас, либо без каркаса, помещенную в тонкостенную металлическую оболочку. Чувствительный элемент помещается в защитную арматуру.
      Диапазон  измерений от минус 260 до плюс 1100°С.
      Термоэлектрические преобразователи (термопары)
      Принцип действия основан на зависимости термо-ЭДС от значений температур мест соединения двух разнородных проводников. Термоэлектрические преобразователи могут измерять температуру в точке объекта или измеряемой среды, имеют малые габаритные размеры — от 0,5 мм. Термоэлектрические преобразователи отличаются достаточно высокой точностью и стабильностью характеристик преобразования, хотя они и уступают немного по этим показателем термопреобразователям сопротивления.
      
      Термоэлектрические  преобразователи    выпускаются  следующих исполнений: погружаемые и поверхностные; стационарные, переносные, разового  применения,  многократного  применения,  кратковременного применения; обыкновенные, водозащищенные, взрывобезопасные, защищенные от агрессивных сред и других внешних воздействий;  негерметичные и герметичные; малой  (МИ), средней (СИ) и большой (БИ) инерционности; обыкновенные и виброустойчивые; одинарные, двойные и тройные – три спая в одном корпусе (чехле); однозонные и многозонные; с открытым спаем, с закрытым спаем. Возможно различное сочетание этих  исполнений.
      Диапазон  измерений от -200 до 2200°С.
      Пирометры и пирометрические преобразователи
      Принцип действия пирометров излучения и  пирометрических преобразователей основан на зависимости параметров излучения от температуры измеряемого тела или среды. Пирометры и пирометрические преобразователи позволяют проводить измерение температуры бесконтактным методом, когда пирометр или пирометрический преобразователь расположен на расстоянии от объекта измерения и не искажает его температурное поле. По принципу действия пирометры и пирометрические преобразователи подразделяются на квазимонохроматические (яркостные), спектрального отношения (цветовые), полного излучения (радиационные) и частичного излучения.  
      Диапазон  измерений от 400 до 4000°С. 
 
 
 
 
 
 

             
      2 анализ технического задания  

      В соответствии с заданием необходимо спроектировать измеритель температуры, диапазон измерений которого находится в пределах от 0 до 2000°С. Данному критерию отвечают термоэлектрические и пирометрические преобразователи.
      Ввиду сложности реализации данного устройства бесконтактным методом, в качестве датчика температуры будет выбран термоэлектрический преобразователь.
      Градуировочная  характеристика данного преобразователя  имеет нелинейный характер, поэтому для точного отображения результатов измерений необходимо ввести цепь коррекции, которая будет обеспечивать требуемую точность.
      Так как удаление датчика составляет 100 метров, а сигналом, снимаемым  с термоэлектрического преобразователя  является напряжение, будет целесообразно применить устройство, преобразующие напряжение в ток в цепи датчика, и устройство, преобразующее ток в напряжение в цепи всей остальной схемы.
      Немаловажным  является проектирование блока питания  с учетом того, что цепь датчика  может находиться в местах измерения, не имеющих сети питания.
      Цифровая  индикация требует применения аналого-цифрового преобразователя, преобразовывающего аналоговую величину в n-разрядный код, который будет поступать на семисегментные индикаторы. 
 

             
      3 Описание структурной схемы   

      На  выходе датчика температуры формируется напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, которое поступает на вход усилителя сигнала датчика температуры, усиливающего сигнал до заданного значения.
      Далее усиленное напряжение преобразуется в ток с помощью преобразователя напряжения в ток (ПНТ), передается на 100 метров и поступает  на вход устройства, выполняющего обратную функцию – преобразование тока в напряжение (ПТН). Полученный сигнал сравнивается с сигналами источника опорного напряжения (ИОН) при помощи компаратора, и далее через логический элемент вносится поправка, зависящая от выходного состояния компаратора, которая суммируется с измеренным напряжением. Ключ необходим для пропускания той или иной поправки на сумматор.
      Как упоминалось ранее, для индикации  используется аналого-цифровой преобразователь с выходом на семисегментный индикатор.
      Сигнализация  верхнего и нижнего пределов измерения  осуществляется с помощью компаратора, который сравнивает измеренное напряжение с напряжением, задаваемым оператором и подает на светодиоды.
     Структурная схема приведена в приложении УИТС31.2101.91.166.Э1. 
 
 
 

     4 Описание принципиальной схемы и электрические расчеты
       

     Принципиальная  схема измерителя температуры состоит  из пяти блоков:
     -блок измерений;
     -блок коррекции;
     -блок индикации;
     -блок  питания схемы;
     -блок питания датчика;
     Далее рассмотрен каждый из блоков в отдельности.  

     4.1 Блок измерений  

     Данный  блок удален от основной части схемы  на 100 метров и предназначен для непосредственного измерения температуры. Более подробное описание данного блока рассмотрено ниже.
     Принципиальная  схема блока измерений приведена  в приложении УИТС31.2101.91.166.Э2. 

     4.1.1 Датчик температуры    
                               
     
      Как упоминалось ранее, в качестве датчика температуры используется термоэлектрический преобразователь типа ТВР (сплав вольфрам-рений), диапазон длительного измерения температуры которого составляет от 0 до 2200°С. Основными недостатками является нелинейность градуировочной характеристики, которая устраняется введением цепи коррекции, и обязательность температурной компенсации холодного спая (устранение данного недостатка выходит за рамки данного курсового проекта).  

     4.1.2 Дифференциальный усилитель      

     Усилителем  сигнала датчика температуры является дифференциальный усилитель, схема которого приведена на рис.1. 


Рис.1 –  Дифференциальный усилитель 

      Так как напряжение, поступающее с  термоэлектрического преобразователя, должно быть усилено с высокой точностью, данный дифференциальный усилитель собран на основе прецизионных операционных усилителей К140УД24, имеющих сверхмалый дрейф выходного напряжения. 
      В конечном итоге усиленный сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь, который способен воспринимать значения, не превышающие 1999 милливольт.
      С учетом вышеизложенного рассчитаем коэффициент усиления таким образом, чтобы значение на выходе дифференциального  усилителя при температуре 1999°С, было равным 1999 милливольт.
      Таким образом получим:

где - входное напряжение дифференциального усилителя
         при температуре 1999°С; 
   - выходное  напряжение дифференциального усилителя
          при температуре 1999°С;
       -    коэффициент усиления.
     

     
      С другой стороны коэффициент усиления рассчитывается по формуле:
 
при

      Рассчитав данное уравнение, получим:



     Значения  сопротивлений выбираются в соответствии с рядами Е6 и Е24. 
 
 

     4.1.3 Преобразователь напряжения в  ток
           
     Данное  устройство преобразует выходное напряжение дифференциального усилителя в  ток, который  передается на 100 метров. Схема ПНТ представлена на рис.2.
     Расчет  необходимо выполнить исходя из того, что максимальный выходной ток преобразователя не должен превышать 20 миллиампер.

Рис.2 –  Преобразователь напряжения в ток 

     
   при

где - выходной ток ПНТ при температуре 1999°С;
    - входное напряжение ПНТ при температуре 1999°С.
     Решением  данного уравнения будет:




     4.2 Блок коррекции  

     Данный  блок выполняет функцию коррекции  нелинейности градуировочной характеристики термоэлектрического преобразователя  и предназначен для корректировки  напряжения, поступающего с датчика  температуры. 
     
     Коррекция заключается в разбиении градуировочной характеристики термопары на интервалы, в каждый из которых вносится соответствующая поправка (более подробно принцип рассмотрен в пункте 4.2.3).                               
     Принципиальная  схема блока коррекции приведена в приложении УИТС31.2101.91.166.Э3. 

     4.2.1 Преобразователь тока в напряжение    

     Устройством, принимающим сигнал в основной части  схемы, удаленной от датчика температуры, является преобразователь тока в  напряжение, изображенный на рис.3.

Рис.3 –  Преобразователь тока в напряжение 

     Расчет  аналогичен расчету ПНТ:



     4.2.2 Компаратор     

     В данном блоке компаратор необходим  для сравнения измеренного напряжения с напряжениями, вырабатываемыми  источником опорного напряжения. После сравнения сигнал, проходя через логический элемент, поступает на вход мультиплексора. 
     Так как сравнение происходит с тремя  опорными напряжениями, целесообразно  выбрать микросхему, имеющую как  минимум три компаратора. Такой  микросхемой является микросхема К1401СА1. Это счетверенный компаратор, работающий как с ТТЛ, так и КМОП логикой /3/. Схема представлена на рис.4

Рис.4 –  Компаратор 

     Принцип действия: Опорные напряжения , , подаются на входы 5, 8 и 6 соответственно, измеренное – на входы 4, 7, 9 и 11. Как только измеренное напряжение превысит одно из опорных на входах 7 или 9, либо станет ниже , соответствующий компаратор выдаст сигнал единичного уровня, который через логический элемент поступит на мультиплексор, выполняющий функцию коммутирующего устройства.
     
     4.2.3 Источник опорного напряжения  

     Так как градуировочная характеристика термопары имеет нелинейный характер, первым этапом расчета источника опорного напряжения является выбор идеальной характеристики, исходя из которой будет вноситься поправка.
     На  рис.5 представлена зависимость термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя от температуры и допустимые отклонения от идеальной характеристики.  


Рис.5 –  Градуировочная характеристика датчика  температуры 

           
     Согласно  заданию, погрешность измерения  не должна превышать 2%, чему соответствует 40°С. Данный измеритель температуры  спроектирован таким образом, чтобы  погрешность измерений не превышала 1.6%, т.е. 32°С.
     Вторым  этапом расчета является определение  количества опорных напряжений. Из рисунка видно, что корректировку следует вносить начиная с 1433°С, когда реальная характеристика выходит за пределы допустимых отклонений. В диапазоне температур от 1433 до 1744°С измеренное напряжение достаточно умножить на 1.04, в диапазоне от 1745°С и выше – на 1.08.
     С учетом вышеизложенного можно сделать  вывод о том, что для обеспечения  требуемой точности измерений достаточно иметь три опорных напряжения:



     Третьим этапом расчета является непосредственный расчет ИОН. Схема данного устройства приведена на рис.6.

Рис.6 – Источник опорного напряжения

     В качестве стабилитрона используется прецизионный стабилитрон типа КС191Ф, имеющий следующие параметры:



     С учетом того, что максимальное напряжение, которое необходимо получить - 1.64693В, а напряжение на выходе стабилитрона - 9.1В, в схему включен прецизионный операционный усилитель К140УД24, коэффициент усиления которого рассчитывается по формуле (1) и должен быть равным 0.18098.
                                                                                                                          (1)
     Сопротивление определяется по формуле (2), сопротивления , , - по формуле (3):
                                                                                                               (2)
                                                                                             (3)
     Решив данные уравнения, получим значения сопротивлений:



 
 
 
 
 

     4.2.4 Логический элемент
       

     Ввиду того, что для обеспечения требуемой точности измерения достаточно вносить две поправки, возникает необходимость объединения трех выходов компаратора в два, которые будут служить управляющими сигналами для коммутирующего устройства.
     В качестве логического элемента выступает  элемент И, на выходе которого будет присутствовать уровень логической единицы только в том случае, когда на оба его входа будут поданы единицы. Более наглядно это продемонстрировано в таблице 1. 

               Таблица 1
Вход 1 Вход 2 Выход
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
 
 
     4.2.5 Ключ 

     В качестве коммутирующего устройства используется четырехканальный дифференциальный коммутатор К561КП1, схема которого приведена на рис.7, таблица истинности – в таблице 2. Данная микросхема предназначена для пропускания одной из поправок на сумматор под действием управляющих сигналов, формирующихся на выходе логического элемента.
           

Рис.7 – микросхема К561КП1 

       Таблица 2
Вход Выход
С В А
0 0 0 X0, Y0
0 0 1 X1, Y1
0 1 0 X2, Y2
0 1 1 X3, Y3
1 х х -
           
     Сигналы с выходов логического элемента поступают на входы А и В. Если измеренное напряжение будет находиться в пределах диапазона от до , то на вход А будет подан сигнал единичного уровня, а на вход В – нулевого. Из таблицы истинности видно, что при таких значениях управляющих сигналов открыты будут входы X1, Y1. Если же наоборот, измеренное напряжение окажется больше , на входе А будет логический ноль, на входе В – логическая единица. Этим значениям соответствуют открытые входы X2, Y2. 

     4.2.6 Сумматор                                           

     Сумматор  необходим для суммирования измеренного  напряжения с поправкой, вносимой при  помощи коммутирующего устройства. Схема  сумматора приведена на рис.8. 


Рис.8 – Сумматор 

     В данной схеме измеренное напряжение поступает через сопротивление  , поправки – через и . Так как поправкой является измеренное напряжение, умноженное на 1.04, либо на 1.08, коэффициент усиления для первых двух ветвей должен быть равен 0.04 и 0.08 соответственно (единичный коэффициент усиления имеет ветвь с сопротивлением ).
     Коэффициент усиления для каждой из ветвей рассчитывается по формуле:
     



     Решив данные уравнения, получим значения сопротивлений:



 

     4.3 Блок индикации 

     Данный  блок осуществляет непосредственно  отображение измеряемого напряжения на семисегментных индикаторах и сигнализацию верхнего и нижнего пределов измерения, задаваемых оператором.
     Принципиальная  схема блока индикации приведена  в приложении УИТС31.2101.91.166.Э4. 

     4.3.1 Сигнализация верхнего и нижнего  пределов   

     Задание пределов измерения осуществляется регулировкой ручек потенциометров, с выводом задаваемой температуры  на семисегментные индикаторы. Схема регулировки показана на рис.9. Заданные пределы поступают на вход компаратора, где сравниваются с измеренным напряжением. Если измеренная температура выходит за рамки установленных пределов, компаратор выдаст сигнал высокого уровня, который вызовет протекание тока через светодиод.  


Рис.9 – Схема задания пределов измерений 

     Компаратором  в данном случае выбрана микросхема К597СА3, имеющая два устройства сравнения. На первом из них осуществляется сравнение  измеренной температуры с верхним  пределом, на втором – с нижним. Выход каждого компаратора соединен со светодиодом, выполняющим функцию сигнализации.
     Номинал сопротивлений рассчитывается таким образом, чтобы максимальное падение напряжения на потенциометрах составляло 2В, т.е. должно выполняться условие:   


     Таким образом, получим значения сопротивлений:

 

           
     4.3.2 Аналого-цифровой преобразователь     

     Для визуального восприятия измеренной температуры возникает необходимость  в проектировании устройства, выполняющего функцию преобразования аналоговой величины в цифровой код, который  будет отображаться на индикаторах.
     В качестве такого устройства выбрана  микросхема К572ПВ2. Это интегрирующий  АЦП на 3.5 десятичных разряда с  выходом на семисегментный индикатор /6/. Данная микросхема обеспечивает преобразование измеренного напряжения в цифровой код и отображает полученную информацию на семисегментных индикаторах. 

     4.4 Блок питания схемы 

     Так как схема измерителя температуры  условно состоит из двух частей, удаленных друг от друга на 100 метров, возникает необходимость проектирования двух блоков питания.
     Принципиальная схема блока питания схемы приведена в приложении УИТС31.2101.91.166.Э5.
     Данный  блок обеспечивает питанием схемы коррекции  и индикации. Структурная схема блока питания приведена на рис.10. 


Рис.10 – Структурная схема блока питания

     Первым  этапом расчета является выбор трансформатора. Для этого  необходимо  определить   количество питающих напряжений и величины потребляемых токов. В таблице 3 приведены данные для всех микросхем измерителя температуры.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.