Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

Техническое задание 2

Введение 4

1. Анализ технического задания 6

2. Основные характеристики термопар 7

3. Функциональная схема и функции преобразования устройства 10

4. Принципиальная схема устройства 13

• 4.1 Аналоговая часть схемы 13
• 4.2 Цифровая часть схемы 16
• 4.2.1 Микросхема ADM810 16
• 4.2.2 Микросхема CP2102 17
• 4.3 Время измерения температуры 18

5. Метрологический расчет 20

Список литературы 24

Приложение А 25

Техническое задание

Тема проекта:

Устройство для измерения температуры

Цель проекта: Разработка принципиальной электрической схемы устройства, предназначенного для работы с термопарами (ТП) и удовлетворяющего заданным техническим требованиям.

1. Технические требования

1. Число каналов - 1 (ТП)

2. Диапазон измеряемых температур в соответствии с ГОСТ Р 8.585 - 2001 и ГОСТ 6651 - 94;

3. Время измерения не более 1с;

4. Основная погрешность измерения напряжения не более (0,1/0,05) % для рабочих условий 3-ей группы средств измерений;

5. Подавление помех нормального вида с частотой 50 Гц0,5 Гц не менее 60 дБ;

6. По условиям эксплуатации устройство должно соответствовать группе средств измерений - 3;

7. Устройство сопряжения с ЭВМ - последовательный интерфейс (USB);

8. Провести расчет погрешностей измерения температуры с учетом метрологических характеристик ТП;

Обозначения

t - измеряемая температура;

t_pc - температуры рабочего спая;

t_ск - температуры свободных концов;

R_t - сопротивление терморезистора при температуре t;

R₀- значение R_t при t = 0;

ДR = R _t - R₀;

K_PA - коэффициент усиления программируемого усилителя;

I_EX - ток, протекающий по терморезистору;

R_ref - опорный резистор;

U_ref - внешнее опорное напряжение;

U _in,ref - внутреннее опорное напряжение;

N - число, двоичный код которого образуется на выходе АЦП;

N₀ - число N при R_t = R₀;

N_э - эталонное значение N при калибровке;

n - количество двоичных разрядов АЦП;

U - напряжение на терморезисторе;

U₀ - значение U при R_t = R₀;

Введение

В современных электронных устройствах измерение температуры чрезвычайно важно, особенно если речь идет о дорогих малогабаритных компьютерах или других портативных устройствах с плотно упакованными электронными компонентами, которые рассеивают заметную мощность в виде тепловой энергии. Знание температуры системы можно также использовать для управления зарядом аккумуляторных батарей и для предотвращения повреждения дорогостоящих микропроцессоров.

Таким образом, температура является одной из наиболее часто измеряемых физических величин, поскольку практически нет ни одной области деятельности, где не требовалось бы измерять и регулировать температуру.

Для управления технологическими процессами и специального инструментария требуется точные измерения температуры. В большинстве случаев, вследствие малых выходных сигналов и их нелинейности, выходные сигналы с датчиков должны быть отнормированы соответствующим образом и усилены, перед тем как выполнять их последующую обработку. Как правило, все температурные датчики обладают нелинейной функцией передачи. В прошлом, для коррекции нелинейности датчика конструировались специальные сложные аналоговые схемы нормирования. В настоящее время выходы с датчиков можно квантовать непосредственно с помощью АЦП высокого разрешения, затем выполнять линеаризацию и калибровку цифровым способом, уменьшив тем самым стоимость и сложность системы.

В свою очередь температурные датчики, построенные на основе термопары дают высокую точность и обладают широким диапазоном температур от -184 °С до +2300 °С.

Проектирование такого устройства измерения температуры представляет интерес в том смысле, что оно позволит автоматизировать процесс измерения температуры и оперативно принимать решения об устранении отклонений процесса эксплуатации изделий.

1. Анализ технического задания

температура метрологический электрический

Разрабатываемое устройство конструктивно должно представлять собой плату, подключаемую к компьютеру.

Применение термопар требует измерение э.д.с. термопары и измерения температуры свободных концов термопары. Применение же термометров сопротивления сводится к измерению сопротивления, которое достаточно просто реализуется проведением косвенного измерения.

В режиме работы с ТП в соответствии с ТЗ будем использовать ADuC816 (рис.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Рис. 1. Схема устройства с ТП и измерением температуры свободных концов

Более подробно схема представлены в главе 3.

По требованию технического задания необходимо разработать программу для расчета измеряемой температуры и устройство соединения с ПК. Таким образом, проектируемый прибор должен содержать в себе еще микроконтроллер и последовательную шину USB.

2. Основные характеристики термопар

Термопары являются небольшими, точными и относительно недорогими устройствами, работающими в широком диапазоне температур. Они особенно полезны при выполнении измерения весьма высоких температур (до + 2300 °С) в агрессивных средах, а также более линейны, чем другие датчики и их нелинейность хорошо формализована.

Основные характеристики термопар задаются стандартами ГОСТ 6616 - 94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия» [1] ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики (НСХ) преобразования»[2].

Основные характеристики некоторых из наиболее известных термопар показаны в таблице №1. Для создания термопар используются следующие металлы: железо, платина, родий, рений, вольфрам, медь, алюмель (сплав никеля и алюминия), хромель (сплав никеля и хрома) и константан (сплав меди и никеля).

Таблица № 1. Основные характеристики термопар

Тип ТП (буквенное обозначение НСХ и промышленного термопреобразователя)	Диапазон измерения температуры, С	Диапазон термо-ЭДС, мВ	Предел допускаемого отклонения от НСХ: для классов,С
Вольфрамрений / вольфрамрений (А, ТВР)	0 - 2500	0 - 31,13	0-1000,С (по ТУ) Класс 2: 0,005|t| (1000-2500) Класс 3: 0,007|t| (1000-2500)
Платинородий - платинородиевые (В, ТПР)	600-1700	0,43 - 11,26	Класс 2: 0,0025|t| (600-1700,С) Класс 3: 4 (600-800,С) 0,005|t| (800-1700,С)
Платинородий - платиновые (S , ТПП 10)	0 - 1600	0 - 13,15	Класс 1: 1(0-1100,С) [1+0,003(t-1100)](1100-1600, С) Класс 2: 1,5 (0-600,С) 0,0025|t|(600-1600, С)
Хромель /алюмель (К, ТХА)	-200 - +1000	-5,89 - +41,27	Класс 1: 1,5 (-40-375,С) 0,004|t| (375-1000,С) Класс 2: 2,5 (-40-333,С) 0,0075|t| (333-1000,С) Класс 3: 0,015|t| (-200-167,С) 2,5(-167-+40,С)
Хромель/копель (L,ТХК)	-200 - + 600	-9,50 - +49,10	Класс 2: 2,5 (- 40 - +300,С) 0,0075|t| (300-800,С) Класс 3: 0,015|t| (-200-100,С) 2,5(-100-+100,С)

Таблица № 2 содержит значения термо-ЭДС и результаты расчета относительных погрешностей измерения температуры для наиболее высоких классов точности. Эти термопары являются наиболее используемыми.

Значения термо-эдс и результаты расчета относительных погрешностей измерения температуры для наиболее высоких классов точности.

Таблица № 2.

T, C	ТПР (В)	ТПП 10 (S)	ТХА (К)	ТХК (L)	ТВР(А)
	Е,мВ	, %	Е,мВ	, %	Е,мВ	, %	Е,мВ	, %	Е,мВ	, %
- 200	-	-	-	-	-5,892	0,75	-9,488	3,0	-	-
- 100	-	-	-	-	-3,553	1,5	-5,641	1,5	-	-
0	-	-	0,000	-	0,000	-	0,000	-	0,000	-
+100	-	-	0,645	1,0	4,095	1,5	6,842	0,75	1,337	-
+200	-	-	1,440	0,5	8,137	0,75	14,519	0,75	2,871	-
+300	-	-	2,323	0,33	12.207	0,5	22,805	0,75	4,512	-
+400	-	-	3,260	0,25	16,395	0,375	31,482	0,75	6,203	-
+500	-	-	4,234	0,2	20,640	0,4	40,299	0,75	7,908	-
+600	1,791	0,25	5,237	0,17	24,902	0,4	49,094	0,75	9,605	-
700	2,430	0,25	6,274	0,14	29,128	0,4	-	-	11,283	-
800	3,154	0,25	7,345	0,125	33,277	0,4	-	-	12,933	-
900	3,957	0,25	8,448	0,11	37,325	0,4	-	-	14,549	-
1000	4,833	0,25	9,585	0,1	41,269	0,4	-	-	16,125	-
1100	5,777	0,25	10,754	0,09	-	-	-	-	17,659	0,5
1200	6,783	0,25	11,947	0,11	-	-	-	-	19,146	0,5
1300	7,845	0,25	13,155	0,11	-	-	-	-	20,584	0,5
1400	8,952	0,25	14,368	0,12	-	-	-	-	21,971	0,5
1500	10,094	0,25	14,576	0,136	-	-	-	-	23,306	0,5
1600	11,257	0,25	16,771	0,147	-	-	-	-	24,588	0,5
1700	12,426	0,25	-	-	-	-	-	-	25,816	0,5
1800	-	-	-	-	-	-	-	-	26,992	0,5
1900	-	-	-	-	-	-	-	-	28,114	0,5
2000	-	-	-	-	-	-	-	-	29,181	0,5
2100	-	-	-	-	-	-	-	-	30,189	0,5
2200	-	-	-	-		-	-	-	31,138	0,5
2300	-	-	-	-		-	-	-	32,024	0,5
2400	-	-	-	-		-	-	-	32,853	0,5
2500	-	-	-	-		-	-	-	33,638	0,5

Из данных таблицы следует, что значения термо-э.д.с. для ТП стандартных градуировок лежат в диапазоне от - 10 мВ до + 60 мВ, а относительные погрешности измерения температуры не превышают 0,1 %.

При выборе термопары для выполнения измерений в заданном диапазоне температур следует выбирать термопару, коэффициент Зеебека (изменение выходного напряжения при изменении чувствительного спая - т.е первой производной выходного напряжения от температуры) которой в меньшей степени меняется в заданном рабочем диапазоне.

3. Функциональная схема и функции преобразования устройства

На рис. 2 приведена функциональная схема устройства в режиме измерения температуры с помощью ТП.

Рис.2. Функциональная схема с термопарой

В режиме работы с ТП измерение ЭДС термопары производится с использованием внутреннего источника опорного напряжения U_ref. Поэтому

,

где - код на выходе АЦП;

- ЭДС термопары, соответствующая разнице температуры рабочего спая и температуры свободных концов;

К_АЦП,ТП - коэффициент преобразования АЦП.

Измеренное значение ЭДС равно:

Измерение температуры осуществляется путем измерения сопротивления, расположенного рядом со свободными концами термопары (схема компенсации):

Откуда

Значение находится путем вычисления

где согласно ГОСТ Р 8.585-2001 [2] A_i равны:

А0=-4,1626930*10-6	А5=-2,4299630*10-14
А1=6,3310880*10-2	А6=-2,6547176*10-16
А2=6,0118088*10-3	А7=4,14332477*10-19
А3=-7,9469796*10-8	А8=-2,1172626*10-22
А4=9,3101891*10-11

Следовательно

Конечная температура вычисляется следующим образом:

где С_i равны:

С0=3,1116085*10-2	С5=5,7602230*10-5
С1=1,5632542*10	С6=-1,6144584*10-6
С2=-0,2281310	С7=2,5988757*10-8
С3=1,6061658*10-2	С8=-2,2286755*10-10
С4=-1,2036818*10-3	С9=7,8910747*10-13

Вывод: Разработана структурная схема устройства, описаны функциональные соотношения связи выходного кода АЦП с рассчитываемой температурой в схеме с ТП.

4. Принципиальная схема устройства

В соответствии с выбранными методами измерения наиболее целесообразным является использование АЦП с разделенными дифференциальными входами подключения сигнала и опорного напряжения, что позволит применить непосредственное подключение сопротивлений R_t , термопары и R_ref к его входам.

Кроме того АЦП должен обеспечивать подавление помехи нормального вида с частотой 50 0.5Гц не менее 60 дБ.

Наконец, выход АЦП должен обеспечить реализацию последовательного интерфейса для связи с внешней ЭВМ.

Таким образом, структурная схема устройства с учетом рекомендации применения АЦП должна иметь как минимум следующие функциональные узлы:

1) внешнюю измерительную цепь (ИЦ), состоящую из внешнего или внутреннего источника тока J, ТСП R_t , термопары и эталонного резистора R_ref;

2) АЦП;

3) микроконтроллер для управления работой;

4) преобразователя интерфейсов:

5) ЭВМ.

4.1 Аналоговая часть схемы

В соответствии с техническим заданием был выбран ADuC816.

ADuC816 является законченным препроцессором интеллектуального датчика (преобразователя), включающим в себя: два сигма-дельта АЦП высокого разрешения, 8-разрядное микропроцессорное устройство управления, встроенную неразрушаемую FLASH/EE память программ/данных. Это малопотребляющее устройство принимает сигналы низкого уровня непосредственно с первичного преобразователя.

АЦП с встроенным цифровым фильтром предназначен для измерения низкочастотных сигналов в широком динамическом диапазоне таких, как сигналы с устройств взвешивания, тензометров или сигналы с температурных датчиков.

Устройство работает от источника питания от +3 до +5 В. При работе от источника +3 В рассеиваемая мощность составляет менее 10 мВт.

Структурная схема ADuC816 представлена в Приложении Б.

Выбранная измерительная цепь (ИЦ) показана на рис. 3. На первый канал (AIN1 +) подключена термопара, типа хромель - копель. На второй канал (AIN2 +) подключено термосопротивление R_t, типа 100П, служащее для измерения температуры холодного спая. Последовательно с R_t подключен эталонный резистр (R_ref) S102K 12800 Ом. R_ref подключен к АЦП посредством четырехпроводной линии связи. Ток I, протекающий по последовательному соединению R_t, R_ref , создаётся двумя источниками тока, входящим в состав АЦП. Падение напряжения на R_ref служит для АЦП опорным напряжением U_ref. Итоговое значение температуры вычисляется:

Сопротивлениями линий можно пренебречь, так как падение напряжений на них очень мало .



Рис.3 Схема подключения термопары к АЦП

Расчет R_ref для схемы с термопарой.

Для того чтобы, при токе I _EX = 0,2 мА (ток протекающий по терморезистру) падение напряжения на R_ref было равно номинальному значению опорного напряжения U_ref = 2,56 В, сопротивление резистора должно быть

Выбираем резистор S102K 12800 Ом

Поскольку температурные изменения сопротивления R_ref - один из источников погрешности термометра основным критерием при выборе типа резистора является его температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Минимальное значение ТКС у резисторов, которые можно монтировать на плате, составляет ±10^-61/°С. Такой ТКС имеют, например резисторы S102K фирмы Texas Components Corporation. Номинальные значения сопротивлений этих резисторов соответствуют рядам E24 и Е192. Ближайшими к рассчитанному значению12,8 кОм являются 12,7 кОм и 12,9 кОм в ряду Е192. Выбираем значение 12,9 кОм.

4.2 Цифровая часть схемы

В соответствии с рекомендациями на рисунке (Приложение А) приведена принципиальная схема устройства, предназначенного для работы с ТП для измерения температуры в установленном диапазоне температур. Она включает следующие микросхемы: MicroConverter^TM ADuC816; микросхема начальной установки ADM810; микросхема CP2102, преобразующая интерфейс UART непосредственно в интерфейс USB.

4.2.1 Микросхема ADM810

Рис. 4 Принципиальная схема ADM810

Микросхема ADM 810 используется для начальной установки устройства.

Генератор сброса ADM810 отслеживает уровень питающего напряжения в составе микропроцессорной или другой системы и выдает сигнал сброса при включении, выключении и при понижении напряжения питания.

Для различных конструкций имеется набор генераторов сброса с различными параметрами и возможностями. ADM810 обеспечивают номинальную длительность импульса сброса 240 мс и поставляются в семи вариантах с напряжениями срабатывания от 2.32 до 4.63 В.

Микросхема ADM810 выдает сигнал сброса высокого логического уровня. Все микросхемы серии ADM810 обладают устойчивостью к кратковременным помехам по цепи питания, что исключает возможность случайного срабатывания схемы сброса, и имеют очень малую потребляемую мощность.

4.2.2 Микросхема CP2102

Разность уровней ТТЛ логики и уровней интерфейса USB требует использования устройства конвертора уровней. В качестве моста UART-USB использована микросхема CP2102 фирмы Silicon Labs (рис. 5). Микросхема CP2102 является двунаправленным преобразователем интерфейсов (мостом) UART - USB.

Взаимодействие с компьютером является очень важным элементом в работе нашего устройства; несмотря на то, что устройство способно работать в автономном режиме оно, тем не менее, должно при необходимости передавать на компьютер полученные результаты, и брать из компьютера в свою очередь новые значение поправочных коэффициентов и прочую служебную информацию.

Рис. 5 Принципиальная схема CP2102

USB (англ. Universal Serial Bus) -- универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств.

Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.

USB-кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в обоих направлении (дифференциальное включение), а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).

Первая версия интерфейса USB была разработана в 1996 году. Разработка стандарта велась семью компаниями: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom.

Существуют три скорости работы устройств USB 2.0:

· Hi-speed 25-480 Мбит/с(видео устройства,устройства хранения информации);

· Full-speed 0,5--12 Мбит/с (аудио/видео устройства);

Low-speed 10--1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстики);

Питание всех микросхем прибора осуществляется от персонального компьютера через интерфейс USB, что делает прибор мобильным и совместимым с любым компьютером.

4.3 Время измерения температуры

В техническом задании есть требование, связанное с быстродействием прибора: время измерения не должно превышать 1с. Как показывает дальнейший расчет, это требование выполняется. Время измерения температуры не превосходит 1с. Получается, что в программе можно не устанавливать время выполнения измерения и, соответственно, не использовать дополнительный таймер.

В ADuC816 предусмотрена возможность программирования частоты смены выходных кодовых слов: (5,35 - 105,3) Гц. Мы выбрали минимальную частоту 5,35 Гц, при которой минимален шум. При этой частоте время преобразования составляет около 187 мс, что с учётом измерения из двух каналов обеспечивает суммарное время измерения по обоим каналам 187 Ч 2 = 374 мс. т.е.t_пр = 374мс.

Можно сделать вывод о том, что время измерения температуры по обоим каналам не превышает 1с.

Вывод: Разработано аналого-цифровое устройство для измерения температуры с ТП. Питание всех микросхем прибора осуществляется от персонального компьютера через интерфейс USB, что делает прибор мобильным и совместимым с любым компьютером. Время измерения и выполнения программы не превышает 1 секунды.

5. Метрологический расчет

Источники погрешностей устройства можно разбить на две группы:

1) погрешности АЦП;

2) погрешности R_ref (при работе с ТС);

В свою очередь погрешности АЦП обусловлены:

1) входными токами по входам AIN1, AIN2, U_ref(+) и U_{ref (-)};

2) погрешностью квантования и шумами;

3) интегральной нелинейностью;

4) смещением нуля;

5) погрешностью полной шкалы;

6) нестабильностью коэффициента усиления программируемого усилителя;

7) нестабильностью напряжения U_IN,ref внутреннего источника опорного напряжения (при работе с ТП);

8) уровнями синфазных сигналов при их наличии;

9) нестабильностью источника питания.

Расчет отдельных составляющих погрешности

В режиме работы с ТП с использованием внутреннего источника опорного напряжения U_IN,ref = 1,25 В диапазоны входных дифференциальных напряжений определяются как U_IN = U_IN,ref /K_PA , т.е. будут равны 10 мВ, 20 мВ, 39 мВ и 78 мВ (K_PA=128, 64,32,16).

Расчет погрешностей устройства выполняется для диапазона температур от 5 С до 40 С (Дt = ±20 С).

1. Расчет погрешностей, обусловленных входными токами

Входные токи не более I_IN = ±1 нА при дрейфе I_{IN, t} = ±5 пА/С. Они создают аддитивную погрешность при использовании на входе фильтра

_{адд ,Iin}= 2(I_IN +I_IN,Дt) R_Ф.

Задаваясь значением _{адд ,Iin} не более ±1мкВ и С_Ф=10 мкФ, получим

R_Ф =1 мкВ/2(1000 + 5·20)10^-12? 0,45 кОм.

2. Расчет погрешностей, обусловленной интегральной нелинейностью

Эта погрешность носит аддитивный характер и равна ± 1 от FSR,

следовательно, на указанных диапазонах _int = ± 0,135 мкВ, ± 0,27 мкВ, ± 0,52 мкВ, ± 1,0 мкВ.

3. Расчет погрешностей, обусловленных смещением нуля и шумами

Типовое значение составляет _адд,OE = ± 3,0 мкВ. После калибровки _адд,OE= ± 3_Ш, где _Ш определяется из табл. № 10 .

Температурный дрейф _адд,OED = ± 10 нВ/С. Тогда,

_{адд,OE,max} = _адд,OE +_адд,OED = ± [1мкВ +(10 нВ/С)20С]= ±1,2 мкВ.

С учетом проведения калибровки имеем _{адд,OE,кал} = ± (3_Ш+_адд,OED):

± 0,129 мкВ (10 мВ); ± 0,12 мкВ (20 мВ); ± 0,2 мкВ (39 мВ); ± 0,4 мкВ (78 мВ).

Значение _Ш (мкВ) при U_IN,ref = 1,17 В и K_PA

4. Аддитивная погрешность, обусловленная погрешностью квантования

Значение кванта Uq = UIN /NFS и поэтому при NFS=2¹⁶ на соответствующих диапазонах Uq ? 150, 310, 600, 1190 нВ.

Погрешности квантования _адд,q = 75, 155, 300, 595 нВ.

5. Расчет погрешности, обусловленной погрешностью полной шкалы

Эта погрешность носит мультипликативный характер и максимально равна _мул,FS = 10 мкВ. После калибровки _FSE=+3_ш. На соответствующих диапазонах _мул,FS = 0,12 мкВ (10 мВ); _мул,FS = 0,12 мкВ (20 мВ); _мул,FS = 0,2 мкВ (39 мВ); _мул,FS = 0,4 мкВ (78 мВ);

6. Расчет погрешностей, обусловленных нестабильностью коэффициента усиления программируемого усилителя.

Дрейф коэффициента усиления (для K_PA =16,32,64,128) равен + 0,510^-6 1/⁰С (мультипликативная составляющая) и для t =20⁰С _PA = + 0,001 %

_{мул, PA}= 0,54 мкВ (10мВ), _{мул, PA}= 2,2 мкВ (39мВ),

_{мул, PA}= 1,1мкВ (20 мВ), _{мул, PA}= 4,4 мкВ (78мВ).

7. Расчет погрешности от нестабильности напряжения U_IN,ref внутреннего источника опорного напряжения (мультипликативная составляющая)

Температурный дрейф U_IN,ref,t = + 10010^-6 1/⁰С. При t =20⁰С _UIN,ref = + 0,2 %. При калибровке от внешнего эталонного источника необходимо учитывать его погрешность. Рассчитаем максимальные значения абсолютных погрешностей

_{мул, UIN,ref} = + 3,6 мкВ (10 мВ); _{мул, UIN,ref} = + 7,2 мкВ (20 мВ);

_{мул, UIN,ref} = + 14,4 мкВ (39 мВ); _{мул, UIN,ref} = + 28,8 мкВ (78 мВ);

8. Расчет погрешности от влияния напряжения питания

Изменение напряжения питания на 5% от 5В U_dd создает на входе АЦП аддитивную погрешность, равную

_{адд, Udd} = U_dd / 100 дБ = 250 мв / 10⁵ =2,5 мкВ.

Расчет суммарной погрешности

Расчет суммарной аддитивной составляющей

_адд, =_{адд ,Iin} + _int +_{адд,OE,max} + _адд,q =

10 мВ: _адд,max = 1 +0,135 + 0,129 + 0,07 = 1,35 мкВ

20 мВ: _{адд, max} = 1 +0,27 + 0,12 + 0,14 = 1,53 мкВ

39 мВ: _{адд, max} = 1 +0,52 + 0,2 + 0,28 = 2,0 мкВ

78 мВ: _{адд, max} = 1,0 +1,0 +0,4 + 0,56 = 3,0 мкВ

Расчет суммарной мультипликативной составляющей

_мул, = _мул,FS + _{мул, PA} +_{мул,Vref,IN} =

10 мВ: _{мул, max} = 0,12 +0,54 +3,6 = 4,26 мкВ

20 мВ: _{мул, max} = 0,12 +1,1мкВ +7,2мкВ = 8,42 мкВ

39 мВ: _{мул, max} = 0,2 +2,2 +14,4= 16,8 мкВ

78 мВ: _{мул, max} = 0,4+4,4+28,4 = 33,6 мкВ

Расчет коэффициентов d_расч и с_расч:

d_расч=100_адд, / U_вх,мах , (c-d)_расч=100_мул, / U_вх,мах

10 мВ: d_расч= 0,015%, с_расч = 0,062%

20 мВ: d_расч = 0,0085% , с_расч=0,055%

39 мВ: d_расч = 0,0055% , с_расч=0,052%

78 мВ: d_расч = 0,0042% , с_расч=0,051%

Таким образом, с учетом увеличения погрешности на 20% и выбора значений коэффициентов c и d из ряда разрешенных значений получаем, что даже для наихудших случаев c = 0,10% и d =0,02%.

Следовательно, условие ТЗ выполнено с превышением.

Выводы:

Проведенный расчет погрешностей измерения напряжения в диапазонах, характерных для термопар стандартных группировок, показывает возможность использования разработанного устройства при работе с ТП всех классов точности.

Список литературы

1. ГОСТ 6651-94. Международный государственный стандарт. Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний.

2. ГОСТ Р 8.585-2001 Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования.

3. ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия».

4. www.analog.com ADuC816

Приложение А

Перечень элементов принципиальной электрической схемы устройства для измерения температуры

Обозначение	Наименование	Кол.
AD1	Микроконвертер ADuC816	1
DD1	Микросхема ADM810	1
DD2	Микросхема СР2102	1
BQ1	Кварцевый резонатор РПК-01 22.1184 МГц HC-49U	1
C1	Конденсатор 10мкФ - x7R - 10%-0603,GRM188R1H104K	1
C2	Конденсатор 0,1мкФ - x7R - 10%-0603,GRM188R1H104K	1
C3,C4	Конденсатор К50-20 - 16В -30пФ	2
C5	Конденсатор 0,1мкФ - x7R - 10%-0603,GRM188R1H104K	1
C6	Конденсатор 10мкФ - x7R - 10%-0603,GRM188R1H104K	1
XP1	USB	1

Размещено на Allbest.ru

...