Схема измерения температуры с использованием источника тока.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Севастопольский государственный университет»
Кафедра «Техническая экспертиза и управление качеством»
КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему: «Разработка системы измерения температуры с применением термометра сопротивления»
по учебной дисциплине «Температурные и теплофизические измерения»
КР 27.03.01.011 ПЗ
Разработала:
Ст. группы СМ/б-21-о
Кувшинова М. А
Проверил:
Никишин В.В
Севастополь
2018
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | 3 |
| 1 Разработка функциональной схемы измерения температуры | 4 |
| 1.1 Мостовая схема | 4 |
| 1.2 Схема измерения температуры с использованием источника тока | 8 |
| 2 Реализация математической модели системы измерения температуры в среде Multisim; | 10 |
| 2.1 Реализация математической модели двухпроводной схемы измерения температуры | 10 |
| 2.2 Реализация математической модели трехпроводной схемы измерения температуры | 11 |
| 2.3 Реализация математической модели двухпроводной схемы измерения температуры с использованием источника тока | 12 |
| 2.4 Реализация математической модели четырехпроводной схемы измерения температуры с использованием источника тока | 13 |
| 3 Проведение исследований с использованием математических моделей | 15 |
| 3.1 Измерение температуры с помощью мостовой схемы. | 15 |
| 3.2 Измерение температуры с помощью схемы с источником тока. | 16 |
| 3.3 Исследование влияния длины проводов на измеряемое значение сопротивления ТСП | 17 |
| 3.3.1 Исследование влияния длины проводов в мостовой схеме | 17 |
| 3.3.2 Исследование влияния длины проводов в схеме с источником тока | 20 |
| Заключение | 23 |
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Температура - это физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела. За единицу температуры принимают кельвин (К). Температура может быть также представлена в градусах Цельсия (°С).
Температура наряду с давлением и объемом представляет собой одну из трех основных величин, характеризующих термодинамическое состояние вещества. Практически нет ни одной области деятельности человека, где бы не требовалось измерять и регулировать температуру, поэтому она является одной из наиболее часто измеряемых физических величин.
|
|
|
Измерение температуры связано с преобразованием сигнала измерительной информации (температуры) в какое-либо свойство, связанное с температурой.
Измерить температуру непосредственно, как, например, линейные размеры, невозможно. Поэтому температуру определяют косвенно — по изменению физических свойств различных тел, получивших название термометрических.
Приборы для измерения температуры называются термометрами. В зависимости от методики измерений все типы термометров делятся на 2 класса: контактные и бесконтактные. К контактным приборам относятся:термометры расширения, манометрические термометры, термопары и термометры сопротивления (далее ТС)
Целью данной курсовой работы является разработка системы измерения температуры с применением термометра сопротивления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать функциональную схему измерения температуры;
- разработать математическую модель системы измерения температуры в среде Multisim;
|
|
|
- исследовать влияние длины проводов, которыми подключается ТС.
Разработка функциональной схемы измерения температуры
Мостовая схема
Функциональная схема измерения температуры отображает последовательность преобразования измеряемой величины в сигнал удобный для измерения. В данной курсовой работе были использованы следующие схемы подключения ТС: мостовая и четырехпроводная.
Рассмотрим мостовую схему подключения, представленную на рисунке 1. 
Рисунок 1 – Мостовая схема измерения температуры.
Термометр сопротивления (ТС) — электронный компонент, датчик, предназначенный для измерения температуры. В основе работы данного типа датчиков лежит зависимость электрического сопротивления металлов от изменения температуры. Для точного измерения температуры эта зависимость должна быть хорошо известной и максимально приближенной к линейной.
Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента в виде терморезистора, защитного чехла и соединительной головки.
Конструктивное исполнение ТС изображено на рисунке 2.
Рисунок 2 – Конструкция ТС.
Термометр состоит из чувствительного элемента 5, расположенного в стальном защитном кожухе 3, на котором приварен штуцер 2. Провода 9, армированные фарфоровыми бусами 4, соединяют выводы чувствительного элемента 5 с клеммной колодкой б, находящейся в корпусе головки 1. Сверху головка 1 закрыта крышкой 10, снизу имеется сальниковый ввод 7, через который осуществляется подвод монтажного кабеля 8.
|
|
|
На практике чувствительный элемент представляет из себя резистор, выполненный из проволоки, намотанной на каркасе, или напыленной металлической пленки на керамической подложке. В качестве металла в большинстве случаев используются медь, никель и платина.
Технические требования к термометрам сопротивления изложены в стандарте ГОСТ 6651-2009. В данной курсовой работе используется термометр сопротивления из платины (далее ТСП) с номинальной статической характеристикой (НСХ) Pt100, так как платина имеет хорошо изученную и стабильную зависимость сопротивления от температуры.
ТСП подключен к измерительной цепи с помощью мостовой схемы.
Мостовая схема представляет собой электрическую схему или устройство для измерения электрического сопротивления.
Виды мостовой схемы: двухпроводная и трехпроводная.
Рассмотрим двухпроводную схему подключения представленную на рисунке 3.
Рисунок 3 – Двухпроводная мостовая схема.
В простейшей двухпроводной схеме влияние сопротивления подводящих проводов не устраняется. Напряжение измеряется не только на ЧЭ, но и на соединительных проводах.
Такая схема может быть использована в случае, если сопротивлением подводящих проводов (r1,r2) можно пренебречь по сравнению Rt.
Трехпроводная схема подключения ТСП представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Трехпроводная схема подключения ТСП.
Влияние сопротивления соединительных проводов в трехпроводной схеме уменьшается путем добавления третьего провода которым ТСП подключается непосредственно к вольтметру. Так как вольтметр обладает большим внутренним сопротивлением, то влияние сопротивления проводов значительно уменьшается.
3-проводная схема позволяет уменьшить влияние сопротивления проводов примерно на 50%. Кроме того, в данной схеме возможна компенсация сопротивления проводов, если все провода имеют одинаковое сопротивление. Данная схема используется как компромисс между неточной 2-проводной схемой и более дорогой 4-проводной схемой.
Дифференциальный усилитель необходим в случаях, когда информацию несёт не абсолютное значение напряжения в некоторой точке (относительно уровня заземления), а разность напряжений между двумя точками.
Дифференциальный усилитель — электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. Схема дифференциального усилителя представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Схема дифференциального усилителя.
Для предварительного усиления слабого дифференциального сигнала в высокоточных системах от усилителя требуются высокие параметры точности коэффициента усиления, и во многих случаях также большое входное сопротивление. Формула для определения коэффициента усиления:
| (1) |
при R1=R2 и R3=R4.
Или:
| (2) |
В качестве регистрирующего прибора был использован вольтметр, с погрешностью измерения не более 1%.
Схема измерения температуры с использованием источника тока.
Функциональная схема измерения температуры с использованием источника тока приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Функциональная схема измерения температуры с источником тока.
Схема измерения температуры с использованием источника тока делится на двухпроводную и четырехпроводную.
При двухпроводной схеме подключения сопротивление датчика температуры и сопротивление проводов складываются, что вносит погрешность в результат измерения.
В четырехпроводной схеме питание ЧЭ током возбуждения производится с помощью одних проводов, а измерение разности потенциалов на ЧЭ – с помощью других. Если измерение напряжения производится высокоомным вольтметром, то влияние сопротивления всех проводов полностью исключается.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 461; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!