Інформаційна система вимірювального перетворювача температура–струм - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Інформаційна система вимірювального перетворювача температура–струм

Загальна характеристика Electronics Workbench - вимірювального перетворювача температура-струм. Розрахунок елементів схеми та обчислення сумарної похибки даного пристрою. Побудова лінійної функції перетворення. Оцінка впливу дестабілізуючих факторів.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Міністерство освіти і науки України
Факультет управління міським господарством
Кафедра автоматичних та автоматизованих систем управління
Інформаційна система вимірювального перетворювача температура-струм
Завдання на розробку курсового проекту
перетворювач температура струм похибка
Студента факультету міського господарства Олійника Дениса Олеговича
Спеціальності: 6.0502.02 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" групиАІ-31
з предмету: "Автоматизація технологічних процесів"
Тема роботи "Структурна схема вимірювального перетворювача температура-струм"
Термін пред'явлення роботи до захисту
та автоматизованих систем управління
Затверджений від "___" ______2013 р.
Мета роботи - розробка функціональної схеми вимірювального перетворювача напруга-струм, розробка принципових схем, набуття навиків моделювання і дослідження функціональних вузлів радіоелектронної апаратури в середовищі "Multisim 2001".
Обґрунтовано, що для побудови пристрою можуть бути ефективно використані вибрані типи інтегральних мікросхем. Для побудови генераторів та формувачів імпульсів використовується заданий тип операційного підсилювача
Результати курсового проектування рекомендується використовувати в навчальному процесі при проведенні лабораторних робіт.
Провести приклад розрахунків параметрів конкретних пристроїв і схем за вихідними даними додатків 1, 2, 3 (реферативний збірник).
На першому етапі проектування описати виробництво, технологічні лінії, галузеві вимоги до інформаційних систем вимірювальних перетворювачів. На основі результату проведеної роботи виходячи з конкретних складових проекту первинних перетворювачів, контрольно-вимірювальних приладів, електросхем, проектуємо функціональну схему, розраховуємо параметри основних складових проекту у відповідності з використанням даних з додатків 1, 2, 3. При проектуванні виконуємо креслення складових інформаційних системи визначення лінійної швидкості . За результатом проектування та розрахунків сформулювати висновки.
· пояснювальну записку об'ємом не більше 30 аркушів, в якій повинні бути:
ь вступ (актуальність, документація, складові проекту);
ь висновки (результати проектування);
ь Функціональна схема інформаційної системи для
ь Проектне рішення та розрахунок значень основних параметрів вимірювальних перетворювача;
ь Проектне рішення та розрахунок значень основних параметрів перетворювачів;
ь Проектне рішення та розрахунок значень основних параметрів І.П датчиків.
Папушин Ю.Л., Білецький В. С. Основи автоматизації гірничого виробництва. -- Донецьк: Східний видавничий дім, 2007. -- 168 с. -- ISBN 978-966-317-004-6.
Іванов А. О. Теорія автоматичного керування: Підручник. -- Дніпропетровськ: Національний гірничий університет. -- 2003. -- 250 с.
Енциклопедія кібернетики. тт. 1, 2. -- К.: Головна редакція УРЕ, 1973. -- 584 с.
1.1 Структурна схема вимірювального каналу
1.1.2 Уніфікований перетворювач напруга-струм
2.2 Аналіз похибок пристрою узгодження
2.2.1 Початкова напруга зміщення і температурний дрейф
2.2.3 Неідеальність послаблення синфазного сигналу
2.2.5 Шумові властивості вхідних кіл операційного підсилювача
2.2.6 Вплив обмеженості вихідного опору ОП
3. Моделювання пристрою узгодження в середовищі "Electroniks Workbenech"
3.2 Оцінка впливу дестабілізуючих факторів
У сучасному промисловому виробництві, наукових дослідженнях, при випробуваннях матеріалів і зразків нової техніки найбільш поширеними є вимірювання температур. Широкий діапазон вимірюваних температур, різноманітність умов використання засобів вимірювання і вимог до них визначають, з одного боку, різноманіття вживаних засобів вимірювання температури, а з іншого боку, необхідність розробки нових типів первинних перетворювачів, приладів і інформаційно-вимірювальних систем, що задовольняють зростаючим вимогам до точності, швидкодії, завадостійкості і т.д. Різні засоби вимірювання температури можна підрозділити за типом первинних перетворювачів, які використовуються.
У діапазоні низьких і середніх температур застосовуються в основному контактні методи виміру, на практиці поширені первинні перетворювачі у вигляді термоперетворювачів опору і термопар.
Одним із найбільш інформативних параметрів є температура, яка в даному курсовому проекті вимірюється за допомогою платинового термометра опору ПТ10. Реалізовано вимірювальний перетворювач температури (передавальна частина) з використанням сучасних мікросхеми, у вигляді вимірювального перетворювача XTR 110 в діапазоні вимірювань 0 до 300 для класу точності c/d = 3/1,5.
1.1 Структурна схема вимірювального каналу
Структурна схема складається з наступних елементів: давач, пристрій узгодження, уніфікуючий перетворювач (U/I) - XTR 110, уніфікуючий перетворювач (I/U) - RCV 420, фільтр низьких частот (ФНЧ), необхідний для зменшення ефекту накладання спектру при дискретизації вхідного сигналу, аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), призначений для представлення інформації у вигляді цифрового коду та подальшого відображення цифровим індикатором або передачі інформації для подальшої обробки цифровим процесором.
Дана схема вимірювального каналу дозволяє також вимірювати силу та тиск.
Зазвичай величина опору матеріалів залежить від його температури Т:
де R0 - опір при температурі Т0, а функція F є характеристикою металу та дорівнює 1 при Т = Т0. Для термісторів, виготовлених з суміші напівпровідникових оксидів,
де Т - абсолютна температура. Коефіцієнти у законі вимірювання R зазвичай відомі з серії вимірювань при декількох температурах; тому, вимірявши величину R, можна визначити температуру термометра.
Для малих змін температури ?Т в околі значення Т загальну залежність зміни опору від температури можна лінеаризувати:
де - температурний коефіцієнт опору, або чутливість при температурі Т. Величина , залежить від температури та матеріалу термометра. Наприклад, при температурі 0 для платини = 3,9•10-3 .
Критерії вибору металу. Залежно від діапазону температур і інших вимог, що пред'являються, термометри опору виготовляються з платини, нікелю і, рідше, з міді і вольфраму. Можна отримати платину дуже високої чистоти (99,999%), що дозволяє дуже точно визначати її: електричні характеристики. Хімічна пасивність платини і відсутність кристалічних змін забезпечують стабільність електричних властивостей. Завдяки точності визначення електричних характеристик і їх стабільності забезпечується взаємозамінність платинових термометрів опору. Вони використовуються в інтервалі температур від - 200 до 1000°С. якщо це дозволяє захисний корпус.
В інтервалі температур 0-100°С опір нікелю збільшується в 1,67 рази, тоді як у платини - в 1,385 рази.
Конструкція термометра опору. Значення опору і розміри проходу. Зміна опору унаслідок нагріву створює зміну напруги і струму, щоб отримати достатньо високу чутливість, необхідно використовувати порівняно великі опори, що досягається зменшенням площі поперечного перетину дроту (яке обмежене умовою забезпечення механічної міцності) і збільшенням її довжини (яке обмежене допустимими габаритами вимірювальної установки).
Задовільне компромісне рішення звичайно виходить за допомогою завдання опору, рівного 100 Ом при температурі 0°С. З цієї умови для платини виходить діаметр дроту порядку декількох десятків мікрометрів при довжині дроту приблизно 100 мм
Конструкція зонда повинна забезпечувати:
а) необхідний діапазон вимірювання температур;
г) відтворність вимірювань (обумовлену стабільністю чутливості опору до температури);
д) необхідна швидкодія (яке тим вище, чим менше теплоємність зонда і тепловий опір між датчиком і досліджуваним середовищем).
Зонди наклеюються на поверхню, температуру якої необхідно виміряти. Велика величина відношення площі поверхні зонда до його об'єму і малий тепловий опір між зондом і поверхнею забезпечують дуже малі значення часу запізнювання (порядку 1 мс). Слід зазначити, що термометричний зонд чутливий до деформацій зразка, на який він наклеєний. Проте, якщо виключити випадки дуже великих деформацій і малих змін температури, то температурна зміна опору виявляється значно більше зміни опору унаслідок деформації. Останнє менше при стисненні, тому якщо неможливо наклеїти датчик в зоні нульової деформації, то краще його встановити в зоні стиснення.
Іншим джерелом можливої похибки є нерівномірне розширення датчика і зразка. Вплив цього явища особливо істотно при температурах, що перевищують температуру навколишнього середовища. Тому до датчиків виготівником додаються таблиці значень R(T) залежно від матеріалу зразка.
В діапазоні температур приблизно від -200 до 650°С по величині опору дроту з дуже чистої платини можна визначити температуру (похибка, що не перевищує ~ 0,1°С) по формулі Календара - ван Дюсена:
де Т виражається в °С і в=0 при Т>0°С.
Проте навіть для платини дуже високої чистоти неможливо визначити єдині і точні значення цих параметрів, оскільки навіть невеликі зміни концентрації домішок можуть помітно впливати на опір, особливо при дуже низьких температурах (вплив залишковою опори). Крім того, кріплення датчика і устаткування його, при необхідності, захисним кожухом, можуть викликати механічні напруги (нерівномірне розширення), які впливають на чутливість датчика до температури. Тому для забезпечення взаємозамінності датчиків, що використовуються в промисловості, встановлені стандарти зміни опору платини залежно від температури.
1.1.2 Уніфікований перетворювач напруга-струм
Сучасні уніфіковані перетворювачі набули найбільшого поширення в діапазоні 4-20 мА (при вхідній напрузі 1-5 В), що сьогодні виконуються на інтегральних мікросхемах, зокрема XTR 110.
Мікросхема XTR 110 являє собою трьохпровідний передавач, подібний двохпровідному, за вийнятком того, що один з двох проводів заземлено та добавлено третій провід. Це так званий провід блока живлення. Третій провід призначений для живлення цього датчика.
Маючи у розпорядженні зовнішнє живлення передавача, легко виконати спряження з мостом низького опору.
В мікросхемі XTR 110 є опорна напруга 10 В, яка служить для збудження або ініціалізації струмів датчика. Вимірювальний підсилювач використовується для того, щоб підсилювати вихід моста для узгодження зі входом XTR 110.
В цьому випадку вимірювальний підсилювач є однополюсним джерелом живлення від 10 В, який запобігає похибкам, що виникають в результаті коливання потужності. З паспортних даних мультиплікативна похибка перетворювача напруга-струм становить г(U/I) = 0,3%, приведена адитивна похибка д(U/I) = 0,2%.
Згідно з ГОСТ 6651-84 термоперетворювачі опору виготовляють з чутливих елементів наступних типів:
У даному курсовому проекті використовуємо платиновий термометр опору, основні параметри якого повинні відповідати приведеній таблиці 1.
Номінальне значення відношення опорів W100
Термометри опору повинні відповідати діючому стандарту та технічним умовам термоперетворювачів конкретних типів.
Допустимі відхилення опору даного ВП від номінального значення не повинні перевищувати значень, зазначених у таблиці 2.
Номінальне значення відношення опорів W100
Допустиме відхилення від температури t, становить
Приведена адитивна похибка д(U/I) становить:
Мультиплікативна похибка датчика становить гпр = 0,2.
Оскільки у ВП канал є послідовним, це дає можливість визначення сумарної похибки, як суми похибок його блоків.
Так як клас точності заданий у вигляді c/d, то сумарна мультиплікативна та адитивна похибки відповідно будуть мати вигляд.
Рис. 2 - Схема вимірювального перетворювача температура-струм
Розрахунок лінеаризуючого підсилювача (ЛП)
Оптимальне значення а визначається в залежності від діапазону вимірювання за формулою:
Враховуючи, що , визначимо з співвідношення (1), взявши з ГОСТ 6651 , W100 = 1,391:
Тепер визначимо . Воно буде дорівнювати з (1):
Розрахунок нормуючого підсилювача (НП)
Нехай так як є XTR 110, тоді маємо:
З формули (2) виразимо і знайдемо та , взявши:
2.2 Аналіз похибок пристрою узгодження
Розрахунок сумарної адитивної похибки ПУ
Коефіцієнт підсилення напруги зміщення дорівнює і називається коефіцієнтом шуму (де - коефіцієнт передачі кола НЗЗ). Для схеми інвертувального підсилювача маємо:
Абсолютна адитивна похибка схеми на ОП:
Відносна адитивна похибка обчислюється як:
Адитивна похибка ПУ буде визначатися адитивною похибкою першим каскадом, тобто ЛП.
Сумарна складова напруги зміщення має п'ять складових, зумовлених такими чинниками:
- початковою напругою зміщення і температурним дрейфом;
- не оптимальністю послаблення синфазного сигналу;
- шумовими властивостями вхідних кіл ОП.
2.2.1 Початкова напруга зміщення і температурний дрейф
Ця складова зумовлена початковою напругою зміщення нуля ОП, яка може бути ефективно скомпенсована, та температурним дрейфом напруги зміщення.
де - початкове зміщення нуля; - дрейф зміщення нуля.
Перший елемент цієї суми враховує початкове (технологічне) зміщення нуля і компенсується за допомогою змінного опору, підключеного до корегуючи виходів ОП, чи за допомогою спеціальних схем корекції. Ця компонента похибки трактується як основна.
Другий елемент суми показує вплив зміни температури довкілля на зміщення нуля ОП та самостійну зміну цього параметра, передусім за рахунок внутрішнього само прогрівання ОП. Вона враховується як додаткова похибка. В нашому випадку згідно з технічними характеристиками LT 1490: ,
де ?Iзм - різниця струмів зміщення за LT 1490, а .
2.2.3 Неідеальність послаблення синфазного сигналу
- коефіцієнт послаблення синфазного сигналу.
В інвертувальних каскадах ця складова дорівнює нулю =0, а в неінвертувальних перейде в розряд мультиплікативної зі значенням
Складова пов'язана з проникненням в кола живлення ОП пульсацій різного походження та різного частотного діапазону.
Отже, з паспортних даних LT1490, на якому виконано ВП, можемо визначити :
2.2.5 Шумові властивості вхідних кіл операційного підсилювача
Визначимо випадкову похибку з урахуванням не ідеальності елементів схеми :
де - діюче середньоквадратичне значення шуму, приведене по входу підсилювача;
Відносне значення сумарної адитивної похибки:
Розрахуємо цю похибку в масштабі вхідної величини:
Розрахунок сумарної мультиплікативної похибки ПУ
Мультиплікативні похибки мають п'ять складових, зумовлених такими чинниками:
- шунтуючою дією вхідних імпедансів ОП на -коло;
- співвідношенням вхідного та вихідного опорів (похибка узгодження). Обмеженість і його зміна - складова, зумовлена кінцевим значенням та його залежністю від частоти, температури і зміни напруги живлення.
Рівняння для обчислення коефіцієнта підсилення ОП з НЗЗ має такий вигляд:
- коефіцієнт перетворення кола зворотного зв'язку.
Перший елемент множення показує розрахункове, чи ідеальне, значення коефіцієнта підсилення ОП з НЗЗ послідовного типу (для НЗЗ паралельного типу ідеальне значення коефіцієнта підсилення ОП з НЗЗ буде дорівнювати ), а другий елемент множення містить значення першої складової мультиплікативної похибки , яка дорівнює:
Для врахування температурного чинника та залежності від напруги живлення позначимо відносну зміну , викликану цими чинниками, як (додаткова складова).
Вираз для розрахунку похибки схеми з НЗЗ, зумовленої нестабільністю , буде мати вигляд:
electronics workbench перетворювач температура
Враховуючи, що , а в=5,85, в робочих умовах, маємо:
Шунтуюча дія вхідних імпедансів ОП на -коло. У реальних умовах значення вхідних опорів ОП не є нескінченним, а значення вхідних ємностей не дорівнюють нулю.
Похибка від шунтуючої дії вхідних імпедансів ОП на -коло обчислюється як:
- коефіцієнт передачі системи під дією синфазних завад.
Zсф-синфазний вхідний опір ОП-паспортні дані ?10МОм
2.2.6 Вплив обмеженості вихідного опору ОП
Типове значення вихідного опору ОП становить Ом. Коефіцієнт підсилення ОП з урахуванням вихідного опору :
де - коефіцієнт підсилення ОП (при );
Вплив нестабільності -кола (та сигнальних резисторів).
Резистори R1, R2 та R4 мають клас точності 0,05%. Отже отримуємо:
Вплив співвідношення вхідного і вихідного опорів (похибка узгодження). Ця складова зумовлена співвідношенням вихідного опору попереднього каскаду і вхідного опору наступного каскаду .
Похибка узгодження визначається як:
де - вхідний опір наступного каскаду;
- вихідний опір попереднього каскаду.
Значення вихідної напруги становить:
а коефіцієнт перетворення зворотного зв'язку, з урахуванням , становить:
3. Моделювання пристрою узгодження в середовищі "Electroniks Workbenech"
Рис. 3 - Градуювальна характеристика вимірювального перетворювача температура-струм
3.2 Оцінка впливу дестабілізуючих факторів
Вплив дестабілізуючих факторів можна визначити за формулою:
Змінимо значення резистора R3 на 10% при максимальній температурі 300 , тобто
В даному курсовому проекті було реалізовано в програмному пакеті Electronics Workbench вимірювальний перетворювач температура-струм у вигляді вимірювального перетворювача XTR 110 в діапазоні вимірювань 0С до 300С, на виході пристрою узгодження отримано напругу в межах 1-5 В, а на виході XTR 110 - струм в межах 4-20 мА, що й відповідає заданим параметрам.
Відповідно до вихідних даних було проведено розрахунок елементів схеми та обчислено сумарну похибку перетворювача, побудовано лінійну функцію перетворення.
За ГОСТ 6651 при моделюванні в програмному пакеті Electronics Workbench ми дослідити оцінку впливу дестабілізуючих факторів, змінивши значення резистора R3 на 10% при максимальній температурі 300.
1. Проффас "Измерения в промышленности", М. - 1990.
2. Куликовский К.Л., Купер В.Я. "Методы и средства измерения", М. - 1986.
3. Классен К.Б. "Основы измерений", М. - 2000.
4. Аш Ж. "Датчики измерительных систем". В 2-х книгах. Кн. 1, М: - 1992.
Типова функціональна схема САР та її основні складові частини
Типова функціональна схема САР, що реалізує принцип регулювання за відхиленням (рис. 1.16,а) відображає взаємодію об'єкту регулювання ОР і регулятора Р, поданого у розгорнутому вигляді, пристрої та елементи якого за їх призначенням класифікують таким чином:
ЗП - задавальний пристрій який служить для перетворення задавальної дії в сигнал, придатний для подальшої роботи системи.
Р - регулятор, пристрій, який служить для реалізації необхідного закону керування
П - підсилювач, узгоджує за рівнем і потужністю вихідний сигнал з обчислювача з вхідним сигналом виконавчого пристрою
ВП - виконавчий пристрій, що безпосередньо діє на об'єкт автоматичного керування
ОР - об'єкт регулювання, технологічний процес
Д - датчик, елемент системи, що перетворює інформацію про фізичну величину в сигнал, зручний для використання і перетворення в системах автоматичного контролю та керування.
Реальні системи автоматичного регулювання можуть містити досить складні елементи, які в свою чергу, можуть розглядатись як системи автоматичного керування. На рис. 1.16,б наведена така система керування за відхиленням, що містить виконавчий пристрій, який є окремою системою автоматичного регулювання і працює за збуренням і відхиленням одночасно.
Структурна схема вимірювального каналу. Конструкція термометра опору. Уніфікований перетворювач напруга-струм. Структурний аналіз похибок. Розрахунок елементів схеми ВП. Розрахунок нормуючого підсилювача та сумарної адитивної похибки пристрою узгодження. курсовая работа [176,4 K], добавлен 06.03.2011
Побудова графіка функції первинного перетворювача для системного датчика температури. Визначення максимальної похибки нелінійності характеристики. Лінеаризація НСХ перетворювача. Вибір і обґрунтування принципу роботи вузла аналого-цифрового перетворення. дипломная работа [331,1 K], добавлен 07.06.2014
Характеристика моделювання перетворювача за допомогою пакету прикладних програм Electronics Workbench. Дослідження залежності термоелектричної здатності різних термопар від температури. Розрахунок номінальної вихідної напруги вимірювального підсилювача. курсовая работа [406,1 K], добавлен 14.04.2012
Основні фундаментальні закономірності, зв’язані з отриманням сигналу. Розробка технічного завдання, структурної схеми. Аналіз існуючих методів вимірювання струму. Попередній розрахунок первинного перетворювача, підсилювача потужності та напруги. курсовая работа [601,5 K], добавлен 07.02.2010
Розрахунок номінальної статичної характеристики інформаційно-вимірювального каналу, призначеної для визначення температури. Структурна схема абсолютної та основної приведеної похибки вимірювання. Обчислення адитивної складової математичного сподівання. контрольная работа [183,2 K], добавлен 23.11.2011
Техніка конструювання і застосування датчиків. Структурна побудова автоматизованого пристрою. Розрахунок та визначення основних технічних параметрів схеми перетворювача індуктивність-напруга. Можливі області застосування індуктивних перетворювачів. курсовая работа [674,5 K], добавлен 07.02.2010
Вибір конструктивної схеми. Розробка циліндричного перетворювача, що має форму кільця. Розрахунки еквівалентних електричних і механічних параметрів. Частота перетворювача у робочому середовищі. Активна складова механічного опору. Електрична добротність. контрольная работа [125,0 K], добавлен 07.05.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Інформаційна система вимірювального перетворювача температура–струм курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Лекция по теме Инфекция на бродильных производствах
Реферат: Соседи
Сочинение Пусть Живет
Роль Предпринимательства На Современном Этапе России Эссе
Реферат по теме Археологические культуры (мезолит, неолит, бронзовый и железный века)
Дипломная Работа На Тему Методы Диагностики И Профилактики Микробной Контаминации При Трансплантации Эмбрионов
Интерьер Жилого Помещения 6 Класс Сочинение
Контрольная работа: Построение графиков функций. Решение нелинейных уравнений и систем нелинейных уравнений
Курсовая работа по теме Автоматизация тестирования программных систем средствами Java технологий
Как Готовиться К Публичным Выступлениям Реферат
Курсовая работа по теме Розробка туристського маршруту з активним способом пересування
Сочинение: Обломов- голубиная душа или лишний человек
Биология 10 Класс Пономарева Лабораторная Работа
Курсовая работа: Расчет водоснабжения
Контрольная работа по теме Ідентифікація водо-дисперсійних фарб
Курсовая Работа Зож У Младших Школьников
Историческое Сочинение 1237
Реферат: Совершенствование организации труда руководителей и специалистов на предприятии
Медико Социальная Экспертиза Курсовая Работа
Реферат по теме Планарная сцинтиграфия
Анализ проблем государственно-религиозных взаимоотношений в современный период в Республике Казахстан - Государство и право дипломная работа
Французские реалии в произведении Бориса Носика "Прогулки по Парижу" - Иностранные языки и языкознание реферат
Система правоотношений - Государство и право контрольная работа