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:


Курсовик Технчне обрунтування варанту реалзацї системи. Розробка структурної та електричної принципової схеми нформацйно-вимрювальної системи тиску газу в газопровод. Головн вимоги до тензоперетворювачв. Форми вихдного сигналу для TMP03/TMP04.

Информация:

Тип работы: Курсовик. Предмет: Схемотехника. Добавлен: 05.12.2009. Сдан: 2009. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики, електроніки та комп'ютерних систем управління
Кафедра МПА
ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА ТИСКУ ГАЗУ В ГАЗОПРОВОДІ
Пояснювальна записка
з дисципліни “Інформаційно-вимірювальні системи”
до курсового проекту за спеціальністю 8.091302
“Метрологія та вимірювальна техніка”
08-03.КП.009.00.000 ПЗ
Вінниця ВНТУ 2008
Зміст

Вступ
1. Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи
2. Розробка структурної схеми інформаційно-вимірювальної системи тиску газу в газопроводі
3. Розробка електричної принципової схеми інформаційно-вимірювальної системи тиску газу в газопроводі
4. Електричні розрахунки
5. Розрахунок похибки вимірювання
Висновки
Література
Вступ

Забезпеченість України паливно-енергетичними ресурсами одне з найголовніших завдань національної економіки, без розвитку якого неможливе успішне здійснення соціальних, економічних і науково-технічних програм. Газ набув дуже широкого використання в нашому житті, оскільки є не лише висококалорійним паливом, але і цінною сировиною для хімічної промисловості. Газ має великі переваги перед всіма іншими видами палива, як по калорійності, так і по ціні. Частка газу у використанні первинних енергоресурсів становить 45 %.
Споживачам газ доставляється по газорозподільним мережам - системах трубопроводів для транспортування газу по об'єктах. Газопроводи газорозподільних мереж бувають низького (до 0,005 МПа), середнього (від 0,005 до 0,3 МПа), високого (від 0,3 до 0,6 і від 0,6 до 1,2 МПа) тисків. Гідравлічні режими роботи газорозподільних мереж приймаються з умов забезпечення стійкої роботи газорегуляторних пунктів і устаткування, а також пальників комунальних і промислових споживачів при максимально допустимих перепадах тиску газу. Саме тому вимірювання тиску газу в трубопроводах є дуже важливим.
На даний час розроблено багато засобів вимірювання тиску газу. Актуальність ж розробки інформаційно-вимірювальної системи тиску газу полягає в необхідності підвищення точності, швидкодії та одночасному контролі декількох параметрів, а саме тиску, розрідження та перепаду тиску у газопроводі, а також вимірювання температури за допомогою однієї системи та представлення її оператору в зручному вигляді на одному відеотерміналі. Сполучення інформаційно-вимірювальної системи з комп'ютером дозволяє швидко отримувати, обробляти та зберігати для подальшого використання великі потоки інформації.
В роботі проведено огляд літературних джерел, розглянуто основні первинні пертворювачі тиску газу, обгрунтовано варіант реалізації системи, а на його основі - розробку структурної та принципової електричної схеми системи.
1. Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи

Перед безпосередньою розробкою ІВС вимірювання тиску газу в газопроводі розглянемо три можливих варіанти реалізації цієї системи.
Структурна схема першого варіанту реалізації системи наведена на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1 - Структурна схема першого варіанту реалізації системи
Принцип роботи наведеного варіанту полягає в наступному. Кожна з фізичних величин, які вимірюються, перетворюються у відповідному вимірювальному каналі за допомогою первинного та вторинного вимірювальних перетворювачів, після чого уніфікований сигнал поступає на вхід АЦП. АЦП працює в режимі freerun, здійснюючи безперервне перетворення вхідного аналогового сигналу в цифровий код. Код з виходу АЦП подається безпосередньо на порт мікроконтролера, при цьому кожен АЦП підключений до окремого порту, що дозволяє постійно контролювати значення всіх фізичних величин, що вимірюються. Мікроконтролер обробляє поступаючи інформацію, а результати обробки передаються через інтерфейс на персональний комп'ютер.
Структурна схема другого варіанту реалізації системи наведена на рисунку 1.2
Рисунок 1.2 - Структурна схема другого варіанту реалізації системи
Принцип роботи даного варіанту полягає в наступному. Фізична величина у відповідному вимірювальному каналі перетворюється в уніфікований сигнал за допомогою первинного та вторинного вимірювальних перетворювачів, після чого поступає на вхід АЦП. АЦП працює в режимі постійного перетворення. Кожен вимірювальний канал має свою адресу. Виходи всіх АЦП підключені до шини обміну даними. До шини також підключені мікроконтролер та інтерфейс для зв'язку з ПЕОМ. Якщо необхідно в певний момент часу провести вимірювання фізичної величини у будь-якому вимірювальному каналі, то процесор виставляє на шину адресу відповідного каналу. Після перетворення АЦП виставляє на шину цифровий код, який зчитується процесором.
Структурна схема третього варіанту реалізації системи наведена на рисунку 1.3.
Рисунок 1.3 - Структурна схема третього варіанту реалізації системи
Третій варіант реалізації працює наступним чином. Фізична величина, що вимірюється перетворюється в уніфікований сигнал за допомогою первинного та вторинного перетворювачів, після чого уніфікований сигнал поступає на вхід мультиплексора. Якщо необхідно виміряти певну фізичну величину, мікроконтролер подає на мультиплексор код відповідного вимірювального каналу. Далі сигнал з виходу мультиплексора поступає на вхід АЦП, який перетворює його на цифровий код і виставляє цей код на шину обміну даними. Цей код зчитується мікроконтролером, який також підключений до шини. Крім того до шини підключений інтерфейс, через який результати вимірювання передаються на ПЕОМ.
Для вибору кращого варіанту реалізації системи використаємо узагальнений якісний критерій порівняння, який полягає у визначенні загальної ефективності системи як відношення реального якісного критерію , який забезпечує заданий варіант реалізації системи, до потенційного якісного критерію , що відповідає ідеальній системі:
.(1.1)
В даному випадку чим ближче значення Е до 1, тим більше варіант реалізації системи відповідає ідеальному.
Порівняльний аналіз варіантів реалізації систем наведений в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 - Порівняльний аналіз варіантів реалізації ІВС
Параметр
1-й варіант реалізації системи
2-й варіант реалізації системи
3-й варіант реалізації системи
Ідеальна система
Точність
1
1
1
1
Швидкодія
1
1
0
1
Використання ресурсів
CPU
0
1
0
1
Складність реалізації
1
1
1
1
Складність ПЗ
1
1
1
1
Собівартість
0
0
1
1
4
5
4
7
Отже, згідно таблиці 1.1 значення якісного критерію для першого варіанту реалізації системи
;
для другого варіанту
;
і для третього
.
Отже, другий варіант реалізації системи більше відповідає ідеальній системі при обраних характеристиках для порівняння, а оскільки ці характеристики необхідно забезпечити в системі, що розробляються, то для подальшої розробки виберемо саме другий варіант реалізації.
2. Розробка структурної схеми інформаційно-вимірювальної системи тиску газу в газопроводі

Кожний засіб вимірювання є технічним засобом певної структури. Ступінь складності засобу вимірювання визначається характером та кількістю перетворень, необхідних для перетворення інформативного параметра вхідного сигналу в інформативний параметр вихідного сигналу. Всі ці проміжні перетворення здійснюються перетворювальними елементами і засновані на певних фізичних ефектах, які забезпечують своїм поєднанням роботу засобу вимірювань.
Структурною схемою вимірювального кола засобу вимірювань називається схема, що відображає його основні функціональні частини (структурні елементи), їх призначення та взаємозв'язки. Ступінь диференціації структурної схеми на структурні елементи, що зображаються переважно прямокутниками, визначається призначенням схеми[1].
У попередньому розділі було вибрано варіант реалізації інформаційно-вимірювальної системи зображений на рисунку 1.2. Розробимо структурну схему системи спираючись на цей варіант. Отже, згідно завдання на курсовий проект задана системи повинна складатись із чотирьох вимірювальних каналів, в трьох з яких відповідно вимірюватимуться надлишковий тиск, різниця тисків та розрідження в газопроводі, а четвертий канал слугуватиме для контролю температури в газопроводі.
Газ - корисна копалина, яка є сумішшю вуглеводнів та невуглеводневих компонентів, перебуває у газоподібному стані за стандартних умов (тиску 760 мм ртутного стовпчика або 101,325 кПа і температури 20° C) і є товарною продукцією.
Основним компонентом (більше 98%) природного газу є метан, тому його властивості практично співпадають з властивостями метану. Варто відзначити, що природній газ не має запаху, а відомий всім запах газу - це запах етилмеркаптану, який спеціально додається до газу для можливості виявлення його витоку з газопроводу по запаху. Крім того до складу природнього газу входять етан, пропан, бутан, пентани, гексани, гектани, октани, нонани, бензол, толуол, водень, кисень, оксид вуглецю, двоокис вуглецю, азот, кисень та гелій.
Методи вимірювання тиску газу ґрунтуються на порівнянні сил тиску, що вимірюється, з наступними силами: тиску стовпця рідини (ртуті, води) відповідної висоти; такими, що утворюються при деформації пружних елементів (пружин, мембран, манометричних коробок, сильфонів та манометричних трубок); а також із пружними силами, що виникають при деформації деяких матеріалів, при яких виникають електричні ефекти[2].
З точки зору чутливості важлива роль першого перетворювального елемента у вимірювальному каналі. Та його частина, що перебуває під безпосереднім впливом вимірюваної величини, називається чутливим елементом. Розглянемо основні типи первинних перетворювачів тиску, вихідними сигналами яких є електричні сигнали, зручні для подальшої обробки і передачі по вимірювальному каналі.
Ємнісні перетворювачі застосовують для перетворення в електричний сигнал тисків. Ємнісний перетворювач - це конденсатор змінної ємності, керований вхідним сигналом. Електричні ланки з ємнісними перетворювачами живлять змінним струмом підвищеної частоти (від одиниць до десятків кілогерц).
Ємнісні перетворювачі мають звичайно верхню границю перетворюваного тиску 200…800 Па при чутливості 0,5…1,0 пФа/Па. Основна похибка становить 1…2%[1].
Принцип дії тензометричних перетворювачів засновано на використанні зміни електричного опору провідникових та напівпровідникових матеріалів при їх розтягуванні чи стисканні у межах пружних деформацій.
До головних техніко-метрологічних характеристик тензометричних перетворювачів належать тензочутливість, повний опір, повзучість, механічний гістерезис, температурна нестабільність, динамічні характеристики.
Тензочутливість визначається переважно резистивними властивостями матеріалу чутливого елемента, проте значною мірою залежить від конструкції перетворювача, матеріалу основи та інших чинників.
Головні вимоги до тензоперетворювачів такі:
а) якнайбільше значення коефіцієнта тензочутливості;
б) високий питомий електричний опір;
в) температурний коефіцієнт лінійного розширення чутливого елемента перетворювача повинен по можливості дорівнювати температурному коефіцієнту лінійного розширення матеріалу досліджуваного об'єкта.
За мостовою схемою тензоперетворювачі вмикають в одне, два або чотири плеча. В останньому випадку у два протилежних плеча входять перетворювачі, що реагують на ту саму деформацію (наприклад, розтягування), а у два інших - перетворювачі, що реагують на деформацію протилежного знака (стискання). Міст із двома й чотирма тензоперетворювачами має чутливість відповідно у 2 і 4 рази більше, ніж міст з одним тензоперетворювачем.
Останнім часом з'явився напрямок в напівпровідниковій тензометрії, пов'язаний із застосуванням мостових тензорезистивних структур, які є з'єднаними монолітно в схему одинарного моста напівпровідниковими тензорезисторами.
Габаритні розміри таких перетворювачів становлять 2…6 мм при товщині самого тензорезистора 20…25 мкм. Датчики, виконані на основі мостових тензоструктур, є точнішими від датчиків з одиничними напівпровідниковими тензорезисторами (їх похибка 0,1…0,2 %). Тут тензорезистор є єдиною ланкою пружного елемента. Отже, на відміну від наклеюваних тензорезисторів, тут відсутня проміжна ланка між пружним елементом і тензорезистором - клей, який є причиною додаткових похибок у наклеюваних тензорезисторів через його пружну недосконалість. Саме тому, при розробці ІВС тиску газу в газопроводі, використаємо як первинний вимірювальний перетворювач тиску один із датчиків на основі мостових тензорезистивних структур, які є з'єднаними монолітно в схему одинарного моста напівпровідниковими тензорезисторами[3].
Для вимірювання температури використовуються температурні сенсори різноманітних типів, найпоширенішими серед яких є резистивні датчики температури, термістори, напівпровідникові датчики температури, термопари, датчики з цифровим виходом.
Термопара являє собою два різнорідних металевих провідника (термоелектроди), що призначені для вимірювання температури. Кінець термопари, що поміщається в об'єкт вимірювання температури, називається робочим або «гарячим» спаєм; вільні або «холодні» кінці термопари сполучені з вимірювальним перетворювачем. Принцип роботи термопари полягає в тому, що при зміні температури «гарячого» спаю на вільних кінцях термопари змінюється термоелектрорушійна сила постійного струму. Утворення термоелектрорушійної сили пояснюється тим, що при нагріванні електрони на «гарячому» спаї одержують більш високу швидкість, ніж на «холодному», в результаті чого виникає потік електронів від «гарячого» до «холодного» спаю. На «холодному» кінці накопичується негативний заряд, на «гарячому» - позитивний. Різниця цих потенціалів і визначає термоелектрорушійну силу термопари. Термопари перекривають діапазони вимірювань температур від до , однак їх досить важко реалізувати технологічно [4].
В терморезисторах під впливом температури змінюється опір. Їх використовують як сенсори температури дуже часто через відносно малу вартість. Існує три види терморезисторів: з негативною характеристикою (опір з підвищенням температури зменшується), позитивною характеристикою (опір з підвищенням температури збільшується) та з критичною характеристикою (опір збільшується при пороговому значенні температури). Зазвичай опір під впливом температури змінюється дуже швидко, тому для розширення лінійної ділянки температура-опір паралельно і послідовно до терморезистора під'єднують додаткові резистори, що є не дуже зручним. По матеріалу чутливого елемента їх підрозділяють на платинові і мідні. Мідні терморезистри використовують при вимірюванні значень температури від до ,платинові - від до .
Термістори мають функції схожі з функціями терморезисторами і є температурно-чутливими резисторами невеликої вартості. Вони виготовляються із напівпровідникових матеріалів, які мають як позитивний, так і негативний температурний коефіцієнт. Найбільш часто використовуються термістори з негативними температурними коефіцієнтами. Термістор є найбільш нелінійним пристроєм із розглянутих раніше, але в той же час він найбільш чутливий. Висока чутливість термістора, дозволяє визначати з його допомогою миттєві зміни температури, які неможливо було б спостерігати за допомогою резистивних датчиків температури або термопар. Проте нелінійність термісторів є не тільки самим більшим джерелом помилок при вимірюваннях температури, вона обмежує область можливих застосувань малим температурним діапазоном, якщо не використовуються спеціальні методи лінеаризації[3].
Сучасні напівпровідникові датчики температури дають високу точність і високу лінійність в робочому діапазоні від -55°С до +150°С [2].
Датчики температури з цифровим виходом мають ряд переваг над датчиками з аналоговим виходом, особливо у випадку передачі даних на велику відстань. Для того ж, для забезпечення гальванічної розв'язки (ізоляції) між дистанційним датчиком та інформаційно-вимірювальною системою можна використати елементи опторозв'язки. Наприклад, функцію пристрою з цифровим виходом виконує датчик температури з напругою на виході, за яким слідує конвертор напруга-частота, вихідним параметром якого є шпаруватість імпульсів. Вихідний сигнал датчика мало чутливий до завад, тому використаємо для вимірювання температури в ІВС саме такий датчик.
Отже, структурна схема ІВС тиску газу в газопроводі матиме вигляд зображений на рисунку 2.1.
Рисунок 2.1 - Структурна схема ІВС тиску газу в газопроводі
Принцип роботи системи наступний. Тиск, різниця тисків та розрідження, що вимірюються в перших трьох каналах відповідно, поступають на вхід датчиків, що складаються з пружного елемента (мембрани), який перетворює прикладений до нього тиск у деформацію мембрани , передаючи таким чином навантаження на тензорезистори, включені в мостове коло. Відносна зміна опорів тензорезисторів викликає розбалансування моста, і на виході датчика ми отримаємо напругу, що залежить від прикладеного тиску. Значення цієї напруги підсилюється підсилювачем і поступає на вхід АЦП, що працює і режимі безперервного перетворення. Мікропроцесор виставляє на шину обміну даними адресу відповідного каналу, в залежності від того, яке значення тиску необхідно виміряти в даний момент часу. За сигналом від мікропроцесора АЦП виставляє на шину код, відповідний значенню тиску, який зчитується мікропроцесором. Для вимірювання температури використовується датчик температури, вихідним інформативним параметром якого є шпаруватість імпульсів. Ви и т.д.................


Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


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