2.8 Справа на индикаторе режим «Р4» - смешение для термопары ХК(L) , кнопками «БОЛЬШЕ» и «МЕНЬШЕ» установить в разрядах температуры значение, равное показаниям контрольного термометра, нажать кнопку «ВВОД»

2.9 Справа на индикаторе режим «Р0».

2.10 Переключить тумблер в положение «РУЧ» - режим настройки закончен.

3 Определение основной абсолютной и приведённой погрешности измерений.

3.1 Приведённую погрешность измерений определить как отношение разности между измеренным и действительным значениями входного сигнала ( абсолютная погрешность измерений) к нормирующему значению. За нормирующее значение принимать верхнее значение диапазона измерений. Измерения проводить для каждого типа первичного преобразователя. Измерения проводить для температурных точек входного сигнала, равного 0, 20, 40, 60, 80 и 100% диапазона измерений.

3.2 Для каждой измеряемой точки мерой напряжения установить входное напряжение, имитирующее термоэдс первичного преобразователя, значение которого (U_x) в мВ рассчитать по формуле:

U_{x ном} - термоэдс первичного преобразователя для данной измеряемой температурной точки по ГОСТ Р 50431-92 в мВ;

e - термоэдс первичного преобразователя по ГОСТ Р 50431 - 92, соответствующая температуре свободных концов, измеренное контрольным термометром.

3.3 Определить абсолютную погрешность измерения точки по формуле:

Т_х - измеряемая температура точки (показания прибора), °С

Т - расчётная температура точки, принимаемая за действительную, соответствующая подаваемому входному напряжению по ГОСТ Р 50431-92, °С.

3.4 Приведённую основную погрешность измерений (Y) в % определить по формуле:

- абсолютная погрешность измерений, °С

Т_д - конечное (верхнее) значение диапазона измерений, °С.

3.5 Прибор считается годным, если приведённая погрешность не превышает 0,25%.

4 Определение приведённой погрешности регулирования проводить при операции опробования в подготовительных работах при проверке настроечных параметров.

5 Оформление результатов калибровки

5.1 Результаты калибровки терморегулятора оформить протоколом (Приложение 3).

5.2 Положительные результаты калибровки терморегулятора удостоверить наклеиванием этикетки (Приложение 2) на прибор и отметкой в паспорте (Приложение 1).

5.3 В случае отрицательного результата калибровки терморегулятор признается негодным, этикетка предыдущей калибровки аннулируется, а прибор отправляется на ремонт.

6 Требования безопасности

При калибровке терморегулятора необходимо соблюдать общие «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей»

7 Требования к квалификации калибровщика

7.1 Калибровку должны проводить лица, имеющие право на проведение калибровки и прошедшие аттестацию в органах Госстандарта, имеющие квалификационную группу по электробезопасности не ниже 2 и прошедшие проверку знаний по технике безопасности при работе с электрооборудованием.

Рассмотрев действующую НД на калибровку терморегуляторов можно отметить, что используемый метод поверки является достоверным, в методике отражены условия проведения поверки, но не отражена возможность проведения автоматизированной поверки и нет тех эталонных средств калибровки, которые могли быть применены в случае создания автоматизированного рабочего места.

На данный момент при калибровке терморегуляторов в качестве эталона используется потенциометр постоянного тока ПП-63.

Потенциометр постоянного тока ПП-63 класса 0,05 (ГОСТ 9245-68) предназначен для:

Непосредственного измерения компенсационным методом ЭДС и напряжений;

- Получения плавно регулируемого напряжения постоянного тока.

Технические данные потенциометра постоянного тока ПП-63

- Пределы измерений потенциометра, мВ 0 - 25; 0-50; 0-100.

- Наибольшая допускаемая основная погрешность показаний потенциометра в В при температуре окружающего воздуха 20±5єС не превышает значения, определяемого по формуле:

,

где U - данное показание потенциометра, В

U_min - цена деления шкалы реохорда, В.

на пределе «X 0,5» U_min = 2,5 ·10^-5

на пределе «X 1» U_min = 5 ·10^-5

на пределе «X 2» U_min = 10 ·10^-5

- Изменение показаний потенциометра, вызываемое изменением температуры окружающего воздуха в пределах от +10 до +35єС, не превышает на каждые 5єС изменения температуры четверти значения допускаемой основной погрешности.

- Наименьшая ступень регулирования напряжения не превышает 0,03% от предельного значения напряжения.

- Внутреннее сопротивление источника регулируемого напряжения находится в пределах 10 - 15 Ом.

- Резисторы, служащие для имитации линии, имеют следующие номиналы: 0,6; 1,6; 5; 15; 16,2; 25 Ом. Погрешность каждого резистора не превышает ±0,1Ом.

- Каждая батарея потенциометра и источника регулируемого напряжения состоит из трех гальванических элементов, включенных параллельно, имеет ЭДС 1,20 - 1,65 В.

Принцип работы ПП-63

1 Измеряемое напряжение (ЭДС) включается известному навстречу с достаточной степенью точности падению напряжения на части измерительных резисторов от прохождения по ним строго определенного рабочего тока 2 мА.

2 Уравновешивание (компенсация) производится ступенчато переключателем и плавно - реохордом.

3 Установка рабочего тока производится по ЭДС нормального элемента НЭ, которая сравнивается с падением напряжения на установочном резисторе . Компенсация производится регулировкой рабочего тока при помощи резисторов «РАБОЧИЙ ТОК». Индикатором компенсации служит гальванометр, который включается в цепь нормального элемента при установке рабочего тока и в цепь измерения напряжения при измерении.

Потенциометр постоянного тока ПП - 63 имеет рад недостатков:

а) Прибор аналоговый с ценой деления 0,05 мВ, поэтому велика вероятность неверного снятия показаний со стороны оператора;

б) Необходим постоянный контроль рабочего тока, который может меняться с течением времени;

в) Большая чувствительность к колебаниям температуры нормального элемента, от которого зависит стабильность показаний прибора;

г) Нестабильность работы ненасыщенного нормального элемента, у которого происходит изменение нормированного значения ЭДС за короткий промежуток времени. Поэтому необходима частая замена нормальных элементов (1 раз в год);

Поэтому, при разработке АРМ для калибровки терморегуляторов предлагается заменить эталонный прибор ПП-63 на современный, с дискретным отсчетом показаний и более высоким классом точности, что позволит повысить достоверность калибровки, обеспечит точное снятие показаний результатов измерений за счет цифровой индикации.

Расчет уровня автоматизации калибровки

Процесс калибровки терморегуляторов складывается из следующих операций:

1 внешний осмотр;

2 подключение калибруемых средств измерений к калибровочному оборудованию;

3 опробование;

4 определение основной погрешности терморегуляторов:

4.1 выдача на вход терморегуляторов калиброванного значения напряжения;

4.2 снятие показаний с терморегуляторов;

4.3 вычисление погрешности результата измерения;

4.4 сравнение погрешности с допускаемым отклонением результата измерения от истинной величины;

5 установление факта годности или негодности калибруемых средств измерений;

6 оформление протокола с результатом калибровки и заключением;

7 занесение данных о калибровке в архив.

Первые две операции трудно поддаются автоматизации, а остальные могут быть автоматизированы.

Уровень автоматизации составит:

,

где N_а - число операций, поддающихся автоматизации;

N_общ - общее число операций.

Имеем:

Таким образом, уровень автоматизации рабочего места для калибровки терморегуляторов благодаря внедрению автоматической установки составит 80%.

В разделе проведен анализ калибровочной деятельности, представлены условия и процесс калибровки терморегуляторов, основные соотношения при определении метрологических характеристик. Рассмотрен принцип действия эталона ПП - 63 и отмечены его недостатки. Рассчитан уровень автоматизации калибровки.

На основании анализа можно сделать выводы:

а) уровень автоматизации составляет 80%;

б) при разработке АРМ для калибровки терморегуляторов следует исключить эталон ПП - 63, так как он имеет ряд недостатков, а рекомендуется ввести в состав АРМ калибратор П 320;

в) разработана методика калибровки терморегуляторов;

г) отмечено, что условия и операции калибровки остаются прежними.

4. Разработка структурной схемы АРМ для калибровки терморегуляторов

Структурная схема приведена на рис.4.1

Для решения задачи автоматизации калибровки в АРМ предложено использовать:

1. Блок коммутации

Блок коммутации дает возможность одновременного подключения нескольких терморегуляторов для проведения калибровки. Это значительно сокращает время проведения калибровки и позволяет увеличить объем калибруемых терморегуляторов. Блок коммутации вносит в АРМ для калибровки терморегуляторов очень маленькую погрешность, при расчете общей погрешности АРМ которой можно пренебречь. Это достигается благодаря использованию герконов в качестве исполнительных устройств. Герконы считаются идеальными ключами.

2.Калибратор П 320

Калибратор программируемый типа П320 представляет собой прецизионный источник калиброванных напряжений и токов с ручным и программным управлением и предназначен для применения в автоматизированных поверочных установках, а также как самостоятельный прибор для поверки аналоговых и цифровых приборов на постоянном токе.

Возможность дистанционного - ручного и программного управления ( т.е. выбора режима работы, установки предела выходного параметра и значения калиброванного значения напряжения или тока) позволяет использовать калибратор в автоматизированных измерительных системах и поверочных устройствах.

Калибратор предназначен для эксплуатации при температуре от 10 до 35°С и относительной влажности воздуха не более 80%.

Питание калибратора - от сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50Гц.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ КАЛИБРАТОРА П 320

Калибратор обеспечивает при местном (ручном) и программном (дистанционном) управлении:

Выдачу калиброванных напряжений в диапазоне от 10^-5 до 10³ В (режим калиброванных напряжений, КН);

Выдачу калиброванных токов в диапазоне от 10^-9 до 10^-1 А (режим калиброванных токов, КТ);

При программном (дистанционном) управлении установка предела и уровня выходного параметра осуществляется в соответствии с табл.4.1 и табл.4.2; управление уровнем выходного параметра осуществляется в двоично - десятичном коде 8-4-2-1.

Отключение выхода калибратора обеспечивается по команде «сброс», и его запуск по команде «пуск» в соответствии с табл. 4.3.

Таблица 4.1

Наименование программы	Контакт разъема УП
8·10-1Un(In)	Б
4·10-1Un(In)	В
2·10-1Un(In)	Г
1·10-1Un(In)	Д
8·10-2Un(In)	Е
4·10-2Un(In)	Ж
2·10-2Un(In)	З
1·10-2Un(In)	И
8·10-3Un(In)	К
4·10-3Un(In)	Л
2·10-3Un(In)	М
1·10-3Un(In)	Н
8·10-4Un(In)	5
4·10-4Un(In)	6
2·10-4Un(In)	7
1·10-4Un(In)	8
8·10-5Un(In)	9
4·10-5Un(In)	10
2·10-5Un(In)	11
1·10-5Un(In)	15
8·10-6Un(In)	16
4·10-6Un(In)	18
2·10-6Un(In)	19
1·10-6Un(In)	21

Таблица 4.2

Команда установки предела калиброванных напряжений и токов	1100мВ	11В	110В	1100В	11000В	11мА	110мА	1100мA
Контакт разъема УП	СС	ФФ	ТТ	ХХ	ХХ,Т	УУ	УУ,Т	УУ,Х

Таблица 4.3

Наименование команды сигнала	Контакт разъема УП
ПУСК - установка калибратора в рабочее состояние СБРОС - сброс напряжения с выходных клемм калибратора	А П

Примечание:

1. Команда осуществляется подачей сигнала логической «1». Все сигналы

подаются относительно общего провода (контакт «0» разъема УП).

2. В состоянии «сброс» на выходных зажимах имеется напряжение

обратной полярности до 5В от источника с мощностью не более 10^-5Вт.

3. Сигналу логического «0» соответствует уровень напряжения от минус 0,8 до плюс 0,4В.

4. Сигналу логической «1» соответствует уровень напряжения от 2,4 до 5,25 В.

5. Наименование команды в табл.1 выражается величиной устанавливаемого параметра в единицах от выбранного предела калиброванных напряжений (U_n) или токов (I_n).

Пределы допускаемых основных погрешностей калиброванных напряжений и токов, а также пределы допускаемых погрешностей относительного значения калиброванных напряжений и токов после установки нуля и калибровки соответствуют приведенным в табл.4.4.

Таблица 4.4.

Пределы калиброванных напряжений (токов)	Пределы погрешности относительного значения калиброванных напряжений (токов)	Пределы допускаемой основной погрешности калиброванных напряжений (токов)
100мВ	±(0,04 Uк + 10)мкВ	±(0,05 Uк + 10)мкВ
1В	±(20 Uк + 10)мкВ	±(30 Uк + 10)мкВ
10В	±(10 Uк + 40)мкВ	±(20 Uк + 40)мкВ
100В	±(30 Uк+500)мкВ	±(40 Uк + 500)мкВ
1000В
До 600В	±(0,03 Uк + 5)мВ	±(0,04 Uк + 5)мВ
Свыше 600 В	±(0,04 Uк + 5)мВ	±(0,05 Uк + 5)мВ
1мА	±(0,02 Iк + 0,01)мкА	±(0,06 Iк + 0,01)мкА
10мА	±(0,05 Iк + 0,1)мкА	±(0,1 Iк + 0,1)мкА
100мА	±(0,05 Iк + 1)мкА	±(0,1 Iк + 1)мкА

Примечание:

U_к(I_к) - безразмерная величина, численно равная значению калиброванного напряжения в милливольтах на пределе 100мВ, в вольтах - на остальных пределах ( значению калиброванного тока в миллиамперах).

Пределы допускаемой основной погрешности указанны при условии калибровки прибора по нормальному элементу класса 0,001 и для нагрузки, не превышающей 10% допустимой.

Предел допускаемой основной погрешности сохраняется в течение 2 часов после калибровки.

Допускается производить калибровку по менее точному нормальному элементу (или ИОНу), при этом предел допускаемой основной погрешности будет увеличен на величину ДU(ДI), определяемую формулой:

где ДU_нэ - разность основных погрешностей примененного нормального элемента и элемента класса 0,001 в мкВ;

А - величина, численно равная пределу калибратора в вольтах или миллиамперах.

Нестабильность выходного напряжения (тока) калибратора за 8 часов непрерывной работы без подстройки нулей и калибровки равны значениям, приведенным в табл. 4.5.

Таблица 4.5.

Пределы калиброванных напряжений (токов)	Нестабильность выходного напряжения (тока)
	За 8 часов	За 3 месяца
100мВ	±(0,02 Uк + 15)мкВ	20мкВ
1В	±(20 Uк + 15)мкВ	200мкВ
10В	±(20 Uк + 15)мкВ	1мВ
100В	±(0,03 Uк+1,5)мВ	15мВ
1000В
До 600В	±(0,05 Uк + 15)мВ	0,2В
Свыше 600 В	±(0,1 Uк + 15)мВ	0,2В
1мА	±(0,05 Iк + 0,0015)мкА	0,2мкА
10мА	±(0,1 Iк + 0,015)мкА	2мкА
100мА	±(0,1 Iк + 1,5)мкА	20мкА

Нестабильность выходного напряжения (тока) калибратора за 3 месяца без подстройки нулей и калибровки (кроме предела 100 мВ) не превышает значений, указанных в табл.5

До предела 100мВ приведенное значение гарантируется при условии ежедневной подстройки нуля.

Предел допускаемой дополнительной погрешности калибратора при изменении внешней температуры в рабочих условиях применения на каждые 10 °С равен:

в режиме КН - пределу допускаемой основной погрешности:

в режиме КТ - величине

( 1 ·10^-4 · I_к + 1 ·10^-5 · I_n),

где I_к -установленное значение калиброванного тока, мА:

I_n - значение тока, соответствующее верхней границе

установленного предела, мА.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением напряжения питающей сети от номинального на ± 22В, равен:

(1·10^-4 · U_к + 10^-5 · U_n) - на пределах 100мВ и 1В;

(1·10^-5 · U_к + 10^-6 · U_n) - на остальных пределах калиброванных напряжений;

1· 10^-5 · I_n - на всех пределах калиброванных токов,

где U_к - установленное значение калиброванного напряжения, В;

U_n - значение напряжения, соответствующее верхней границе установленного предела, В.

Время установления рабочего режима калибратора не более 1 часа.

Продолжительность непрерывной работы калибратора без учета времени установления рабочего режима в рабочих условиях не менее 8 часов в сутки.

Уровень эффектного значения переменной составляющей на выходе калибратора не превышает значений, приведенных в табл. 4.6.

Таблица 4.6.

Пределы калиброванных значений	Переменная составляющая в полосе частот, мкВ
	До 0,3 Гц	До 100кГц	До 1 МГц
100мВ	± 5	300	500
1В	± 5	300	500
10В	± 20	300	500
100В	± 200	1*103	2*103
1000В	±2000	5*103	1*104

Калибратор имеет защитное устройство от перегрузок. Защитное устройство обеспечивает отключение выхода калибратора рп токе нагрузки (220 - 240) мА - для напряжений до 150 В, (55 - 60)мА - для остальных значений напряжений.

Калибратор имеет ограничитель уровня выходного напряжения (тока).

Время установления калиброванного напряжения с погрешностью, не превышающей значений, указанных в табл.4, в диапазонах от 0,1 до 100В - 5 сек, от 100 до 1000 В - 10 с.

Предел допускаемой дополнительной погрешности выходного напряжения, вызванной изменением тока нагрузки от 10 до 100 % допускаемого значения в режиме КН равен пределу основной погрешности на пределе «100мВ» и половине предела основной погрешности на остальных пределах калиброванных напряжений.

Калибратор теплопрочен при температуре 60°С и холодопрочен при температуре минус 50°С.

Мощность, потребляемая калибратором от сети при номинальном напряжении сети не превышает 150 В*А.

Габаритные размеры калибратора не превышают 488 * 535 * 250 мм.

Масса калибратора не более 26 кг.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА КАЛИБРАТОРА П320

Принцип действия

Программируемый калибратор П320 для поверки цифровых и аналоговых приборов представляет собой прецизионный источник калиброванных напряжений и токов. Упрощенная структурная схема приведена на рис.4.3. Источник калиброванных напряжений (ИКН) выполнен по схеме компенсационного стабилизатора с непрерывным регулированием.

Выходное стабилизированное напряжение U_к поступает на выходные зажимы калибратора. Это же напряжение (или его часть U_R1) подается на вход усилителя (УПТ), где оно сравнивается с опорным напряжением U_оп.

Разность выходного и опорного напряжений усиливается усилителем и подается в необходимой фазе на регулирующий транзистор V1. Изменение выходного напряжения U_к вызывает такое изменение напряжения на транзисторе V1, при котором величина выходного напряжения восстанавливается с заданной степенью точности.

При достаточной чувствительности УПТ сигнал ошибки мал и в идеальном случае U_R1 =U_оп. Следовательно,

где U_к - напряжение на выходе калибратора;

U_оп - опорное напряжение;

R1,R2 - сопротивления плеч делителя.

Источник калиброванных токов (ИКТ) может быть реализован включением нагрузки вместо резистора R2, Тогда

где I_к - ток нагрузки;

U_оп - опорное напряжение.

Схема калибратора разделена на 2 основные функциональные части: собственно источник калиброванных напряжений (токов) и схему управления.

Конструктивно эти две части калибратора изолированы друг от друга и разделены защитным экраном, что позволяет создать изолированный от корпуса калибратора выход и увеличивает помехозащищенность нагрузки.

Основной, метрологически наиболее ответственной частью калибратора является управляемый источник опорного напряжения (ИОН). Им обеспечивается регулирование выходного напряжения или тока в пределах шести десятичных разрядов (декад). Управляемый ИОН выполнен на основе кремниевого стабилитрона с гарантированным временным дрейфом и напряжением стабилизации (9,1 ± 0,45) В. С помощью масштабного усилителя напряжение стабилитрона приводится к уровню Е_оп = 11 В.

Усилитель и стабилитрон размещены в активном термостате.

Для осуществления масштабного преобразования (регулирования) Е_оп в калибраторе применена широтно - импульсная модуляция (ШИМ) опорного напряжения.

Схема ШИМ представляет собой усредняющее устройство (RC - фильтр) ко входу которого с помощью управляемых ключей периодически подключается опорное напряжение Е_оп.

В схеме калибратора предусмотрены устройства защиты прибора и потребителя от перегрузок, включающие в себя:

схему «сброса» при переключениях пределов, перегрузках и аварийных ситуациях:

схему ограничения уровня выходного параметра внутри диапазона.

Калибратор относится к приборам настольного типа, корпус его - стандартизован, что позволяет агрегатировать калибратор с другими устройствами, в которых использованы типовые конструкции (УТК).

За основу конструкции принят функционально - блочный метод компоновки с максимальным использованием печатного монтажа и применением разъемов.

Основной монтажной частью калибратора являются две кроссплаты - цифровая и аналоговая, электрически изолированные друг от друга между собой.

Электрический монтаж между платами и элементами калибратора осуществляется кроссплатами и жгутами.

На передней панели калибратора расположены органы управления и присоединения: выключатель СЕТЬ, кнопочные переключатели СБРОС и ПУСК, декадный переключатель УРОВЕНЬ ОГРАНИЧЕНИЯ, переключатель пределов, выходные зажимы, зажим защитного заземления, элементы калибровки, органы сигнализации сброса, программного управления УП, декадные переключатели и цифровое табло.

На задней панели расположены: розетка сетевого питания, предохранитель, колодка разъема программного управления.

3.Блок управления калибратором.

Блок управления калибратором (далее по тексту БУК) выполнен в виде отдельного блока. Он включает в себя:

микросхему обработки информации порта RS 232;

микроконтроллер АТ89С8252;

два дешифратора команд для калибратора П 320 и блока коммутации;

устройства хранения информации и буферных элементов выходных шин управления калибратором П 320 и блоком коммутации.

Сигнал с компьютера поступает на микросхему обработки информации порта RS 232, где происходит расшифровка и обработка информации по уровню сигнала и команда передается микроконтроллеру. Микроконтроллер в свою очередь обрабатывает информацию и дает ответ микросхеме, которая сообщает компьютеру о том, что команда получена. Затем микроконтроллер выдает необходимые команды на дешифраторы команд калибратора и блока коммутации. Каждый из дешифраторов преобразует информацию в соответствующий код и выдает её в буфер обмена шины калибратора и блока коммутации. В буферах обмена команды запоминаются до следующей команды. После чего дешифратор обнуляется и ждет следующую команду.

Структурная схема блока управления калибратором представлена на рис. 4.4.

4. Интерфейс RS232С

Последовательный интерфейс СТЫК С2 (RS-232C) обеспечивает возможность подключения блока управления калибратором (БУК) без дополнительных аппаратных затрат к компьютеру стандартной конфигурации, обычно предусматривающей наличие последовательного порта (СОМ-порта).

Интерфейс RS232С является наиболее распространенной стандартной последовательной связью между компьютерами и периферийными устройствами . Интерфейс, определенный стандартом ассоциации электронной промышленности (EIA), подразумевает наличие оборудования двух видов: терминального DTE и связного DCE.

Терминальное оборудование, например микрокомпьютер, может посылать и (или) принимать данные по последовательному интерфейсу. Оно как бы оканчивает последовательную линию. Связное оборудование - устройства, которые могут упростить передачу данных совместно с терминальным оборудованием.

Терминальное оборудование обычно оснащено разъемом со штырьками, а связное - разъемом с отверстиями.

Сигналы интерфейса подразделяются на следующие классы:

- Последовательные данные (например, TXD. RXD) Интерфейс RS232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главны) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме, т.е. одновременно осуществлять передачу и прием информации.

- Управляющие сигналы квитирования (например, RTS. CTS). Сигналы квитирования - средство, с помощью которого обмен сигналами позволяет терминальному оборудованию начать диалог со связным оборудованием до фактической передачи или приема данных по последовательной линии связи.

5.ЭВМ

Предлагается использовать в АРМ ЭВМ типа «Pentium2». Компьютеры, которые выпускались до этой модификации не подойдут для организации АРМ, т.к. отсутствует возможность загрузки Microsoft Access 97, ввиду недостатка памяти и недостаточной скорости обработки информации. Компьютеры более современного поколения, т.е. «Pentium3» использовать для этой цели нерационально, т.к. они более дорогостоящие. Поэтому из экономических соображений оптимальным вариантом для организации АРМ для калибровки терморегуляторов будет использование ЭВМ «Pentium2».

Принцип действия АРМ для калибровки терморегуляторов

Программа, установленная на компьютере, дает команду на блок управления калибратором. БУК выдает информацию на калибратор П320 и блок коммутации. На контакты разъема блока коммутации выдается сигнал для открытия транзисторов, которые замыкают цепь катушек герконовых реле. Происходит замыкание герконов, и идет сигнал с калибратора П320 на терморегулятор.

После подачи калибровочного напряжения на терморегуляторе появляется значение температуры, которое вводится при помощи клавиатуры на компьютер. Программа сравнивает эти значения с номинальными статическими характеристиками преобразования, определяет отклонение, сравнивает его с допуском и делает заключение о годности терморегуляторов на основании проведенного анализа.

На принтер выходит протокол калибровки.

Затем программа дает команду на переключение на следующий терморегулятор.

Порядок проведения калибровки на АРМ

Внешний осмотр.

Проверяют маркировку терморегуляторов и наличие необходимых надписей.

2. Опробование.

3.Определение основной погрешности.

Алгоритм определения основной погрешности состоит из следующих операций:

Нахождение оценок основной погрешности в отдельных калибруемых точках. Исходными данными для нахождения оценок основной погрешности являются значения основной погрешности, полученные путем эксперимента;

Сравнение каждой из полученных оценок с контрольным допуском;

Принятие решения о годности (дефектности) калибруемого терморегулятора в каждой проверяемой точке;

Принятие общего решения о годности (дефектности) калибруемого терморегулятора, исходя из полученных решений о годности (дефектности) в отдельных проверяемых точках.

В протокол ввести заводской номер калибратора П320, номер свидетельства о поверке, дату годности калибратора.

Ввести наименование термометра, заводской номер, номер свидетельства о поверке, дату срока годности.

Ввести наименование терморегулятора, заводской номер, класс точности, принадлежность и указать необходимые для калибровки градуировки терморегулятора (ХА(К), ПП(S), ХК(L))

Выбрать из предложенного диапазона точки, необходимые при калибровке.

Ввести температуру холодного спая, считанную по ртутному термометру.

Ввести в протокол показания поверяемого термометра

Переключить терморегулятор на необходимую градуировку.

Все значения номинальных статических характеристик приведены из ГОСТ Р 50431 - 92 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования».

Снять показания терморегулятора на всех заданных градуировках.

Распечатать протокол

На рис. 4.5 представлен обобщенный алгоритм автоматической обработки результатов измерения и оформления протокола калибровки.

Блок О - начало работы. Блок 1 - включение приборов в схему. Блок 2 - ввод данных и обработка в блоке 3. Блок 4 - контроль. Блок 5 - принятие решения и при любом решении (да или нет) вывод на протокол - блок 6. Блок 7 - выключение приборов из схемы. Блок 8 - годен, не годен. Блок 9 - конец.

Рис. 4.5 Обобщенный алгоритм автоматической обработки результатов изменений и оформление документа калибровки

Рис. 4.1 Структурная схема АРМ для калибровки терморегуляторов

Рис. 4.2 Эскиз АРМ для калибровки терморегуляторов

Рис. 4.3 Схема электрическая структурная калибратора П320

Рис. 4.4 Структурная схема блока управления калибратором

Условные обозначения:

микросхема обработки информации с порта RS232;

микроконтроллер А89С8252;

дешифратор команд для калибратора П 320;

дешифратор команд для блока коммутации;

буфер обмена данных для калибратора П 320;

буфер обмена данных для блока коммутации;

блок питания.

5. Принципиальная электрическая схема основного блока

В качестве основного блока рассмотрим блок коммутации.

Ставится целью синтез принципиальной схемы блока коммутации, предназначенного для коммутации сигнала в процессе калибровки терморегуляторов.

Коммутационные устройства представляют собой изделия РЭА (радиоэлектронной аппаратуры), обладающие свойством замыкать (размыкать) электрические цепи за счет изменения электрического сопротивления контактов. В замкнутом состоянии контакты имеют очень малое сопротивление (близкое к нулю), в разомкнутом состоянии - большое (десятки - сотни МОм).

Коммутационные устройства предназначены для замыкания (размыкания) электрических цепей в устройствах автоматики и телемеханики, сигнализации, контроля и защиты, распределения энергии, в системах связи и передачи информации, в бытовой радиоаппаратуре и в других многочисленных системах и устройствах.

Общими параметрами КУ являются: чувствительность (минимальная величина энергии, при которой происходит скачкообразное изменение сопротивления контактов); время срабатывания; коммутируемые мощность, напряжение и ток; электрическое сопротивление контактов; максимальное число коммутаций; диапазон внешних условий (температура, влажность, давление); масса, габаритные размеры и др.

В настоящее время имеется тенденция в качестве схем коммутаторов применять транзисторные ключи, в качестве коллекторной нагрузки которых включены обмотки исполнительных устройств, коммутирующих измерительные цепи.

Наиболее простым вариантом является использование в качестве ключа биполярного транзистора, обычно n-p-n проводимости (кремниевых).

Транзисторный ключ является основным элементом устройств цифровой электроники. Рассмотрим работу транзисторного ключа в установившихся режимах. До момента t₁ эмиттерный переход транзистора заперт и транзистор находится в режиме отсечки (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Временная диаграмма входного напряжения транзисторного ключа.

В этом режиме i_к = -i_б = I_ко (I_ко - обратный ток коллектора), i _э = 0. Малым током I_ко часто можно пренебречь и считать, что i_к = i_б = 0. При этом U_Rб = U_Rк = 0.; u_бэ = -U₂; u_кэ = -Е_к.

В промежутке времени t₁…t₂ транзистор открыт. Для того, чтобы напряжение на транзисторе u_кэ было минимальным, напряжение U₁ обычно выбирают так, чтобы транзистор находился или в режиме насыщения, или в пограничном режиме, очень близком к режиму насыщения.

Определим токи и напряжения для рассматриваемого отрезка времени:

Ток коллектора в режиме насыщения обозначим обозначим через I_к.нас. Таким образом,

.

Напряжение в режиме насыщения у транзисторов разных типов различно. Обычно оно лежит в пределах 0,08…1 В.

Для оценки глубины насыщения пользуются так называемым коэффициентом насыщения q_нас, показывающим, во сколько раз реальный ток базы больше того минимального значения тока базы, которое необходимо для обеспечения режима насыщения. Очевидно, что минимальный ток базы I_{б. нас. мин.}, необходимый для режима насыщения, определяется выражением:

Поэтому

При выборе значения коэффициента насыщения для конкретного транзисторного ключа обычно используют следующие соображения:

режим насыщения должен быть обеспечен для различных экземпляров транзисторов выбранного типа при работе ключа в заданном диапазоне температуры;

увеличение тока базы в режиме насыщения уменьшат напряжение между коллектором и эмиттером, что уменьшает мощность, выделяющуюся в выходной цепи транзистора, но это уменьшение практически прекращается при q_нас = 3;

чрезмерное увеличение тока базы приводит к заметному увеличению мощности, выделяемой во входной цепи транзистора.

Кроме этих соображений, относящихся к установившемуся режиму, учитывают влияние величины тока базы на длительность переходных процессов. Чем больше ток базы, тем быстрее включается (т.е. входит в режим насыщения) транзисторный ключ, но длительность переходного процесса выключения транзистора при этом увеличивается.

В качестве исполнительного устройства возможно применение магнитоуправляемых герметичных контактов, т.к. они наиболее близки к ключам с идеальными характеристиками. Они имеют малое и стабильное сопротивление (R₀ = 0,02…0,2 Ом), большое сопротивление при разомкнутом состоянии (10⁹…10¹⁵ Ом).

Выбор реле по коммутационным способностям производится таким образом, чтобы удовлетворялись одновременно три требования: коммутируемый ток должен находиться в диапазоне допускаемых коммутируемых токов, коммутируемое напряжение должно находиться в диапазоне допускаемых коммутируемых напряжений и максимальное число коммутаций должно быть не менее заданной величины.

При выборе возможны случаи, когда указанным трем требованиям удовлетворяют многие типы реле. Очевидно, что наилучшим вариантом будет тот, когда максимальное число коммутаций будет наибольшим.

Производим выбор герконового реле исходя из необходимых требований (в нашем случае необходимо учесть входное напряжение, равное 5В).

Расчет элементов схемы произведен в пункте 6 данного дипломного проекта.

На момент калибровки первого терморегулятора компьютер выдает блоку управления калибратором команду на включение первого канала блока коммутации, который выдает на контакт 1 разъема сигнал уровня логической единицы, т.е +5 В. Происходит открытие транзисторного ключа VT1, который в свою очередь замыкает цепь катушек К1 и К2, а также светодиод VD5. При протекании тока через катушки К1 и К2 происходит замыкание контактов герконов KS1 и КS2. Сигнал с калибратора П 320 попадает на вход терморегулятора I.

После калибровки первого терморегулятора компьютер выдает команду на переключение на второй терморегулятор. В этот момент на контакт 1 разъема поступает сигнал уровня логического нуля, т.е. 0 В, а на контакт 2 поступает сигнал уровня логической единицы, т.е. +5 В. И так происходит переключение на все калибруемые терморегуляторы.

Схема принципиальная электрическая блока коммутации представлена на рис. 5.1.

6. Расчет элементов схемы

Произведем расчет элементов, входящих в электрическую схему блока коммутации.

В качестве исполнительного устройства необходимо взять герконовое реле РЭС55А. Оно выбирается исходя из напряжения питания 5В.

Основные электрические параметры реле постоянного тока с герметичными контактами:

Тип реле: РЭС55А пылебрызгозащищенное, одностабильное, двухпозиционное, герконовое, для коммутации цепей постоянного и переменного тока до 10 кГц.;

Номер паспорта РС4.569.600-07;

Рабочее напряжение (5±0,5)В;

Сопротивление обмотки (67±10) Ом;

Напряжение срабатывания 2,12 В;

Напряжение отпускания 0,25 В;

Время срабатывания 1,5 мс;

Время отпускания 2,3 мс;

Сопротивление контактов 0,18 Ом.

Исходя из заданных напряжения и сопротивления необходимо определить ток, протекающий через катушку, используя закон Ома:

Так как U = 5 B, а R = 67 Ом, получим, что I_н = 5/67 = 0,074 А.

Так как у реле имеется две катушки, соединенных параллельно, то I_н = 0,074 · 2 = 0,149 А.

По току нагрузки определяем максимальный ток, текущий через диод по формуле:

,

где I_д - ток, через диод, А;

С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяется из таблицы 6.1)

I_н - максимальный ток нагрузки, А.

Таблица 6.1

Ток нагрузки, А	0,10	0,15	0,20	0,3	0,4	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Коэффициент С	2,4	2,3	2,2	2,1	2,0	1,9	1,9	1,8	1,8	1,8

Исходя из найденного значения из справочника находим диод, который удовлетворяет поставленному условию. Это диод КД 105А.

Рассчитаем максимально рассеиваемую мощность транзистора по формуле:

,

где U_н - напряжение нагрузки, В;

I_н - максимальный ток нагрузки, А.

Тогда P_max = 1,3 · 5 · 0,149=0,97 Вт

Определяем ток базы транзистора по формуле:

,

где I_н - максимальный ток нагрузки, А;

h_min - минимальный коэффициент передачи тока транзистора.

Исходя из полученных данных выбираем по справочнику транзистор, который удовлетворяет всем полученным требованиям. Это транзистор КТ815А.

Электрические параметры транзистора КТ815А:

Граничное напряжение при I_э = 50 мА, ф_и = 300 мкс, Q = 100 не менее…………………………………………………………………………25 В

Напряжение насыщения коллектор - эмиттер при I_к = 0,5 А, I_б = 0,05 А не более……………………………………………………….0,6 В

Напряжение насыщения база - эмиттер при I_к = 0,5 А, I_б = 0,05 А не более……………………………………………………….1,2 В

Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при U_кэ = 2 В, I_к = 0,15 А не менее………………………….. 40

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером при U_кэ = 5 В, I_к = 0,03 А не менее…………………………3 МГц

Емкость коллекторного перехода при U_кэ = 5 В, f = 465 кГц не более……………………………………………………………………..60 пФ

Емкость эмиттерного перехода при U_эб = 0,5 В, не более……………..75 пФ

Входное сопротивление в режиме малого сигнала при U_кэ = 5 В, I_к = 5 мА, f = 800 Гц не менее………………………………………..…800 Ом

Обратный ток коллектора при U_кб = 40 В не более…………………50 мкА

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное напряжение коллектор - эмиттер при R_бэ = 100 Ом………40 В

Постоянное напряжение коллектор - эмиттер……………………………25 В

Постоянное напряжение база - эмиттер……………………………………5В

Постоянный ток коллектора………………………………………………1,5 А

Импульсный ток коллектора при ф_н = 10 мс,Q = 100…………………….3 А

Постоянный ток базы………………………………………………………0,5 А

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора………………………1 Вт

Температура перехода……………………………………………………398 К

Рассчитаем сопротивление резистора установленного перед транзистором КТ 815А по формуле:

,

где U_вх - входное напряжение схемы, В;

в_ст - статический коэффициент передачи тока транзистора (в =40);

I_н - максимальный ток нагрузки, А.

Определяем R = 5 · 40 / 0,149 = 1343 Ом.

Мощность резистора определяется по формуле:

,

где U - входное напряжение, В;

R - сопротивление резистора, Ом.

Определяем Р = 2 · 5² / 1342 = 0,037 Вт.

По справочнику находим необходимый резистор. Это МЛТ 0,25 - 1,3 кОм

По заданным значениям подбираем по справочнику светодиод. Нам подходит АЛ307Б, максимальный ток которого равен 0,01 А.

Зная максимальный ток светодиода определяем сопротивление по формуле:

Получаем R = 5/0,01 = 500 Ом.

По справочнику находим подходящий резистор. Это МЛТ - 0,25 - 500 Ом

В результате расчета получили, что в электрическую сему блока коммутации входят элементы:

Герконовые реле РЭС 55А…………………………………..8 единиц

Транзисторы КТ815А………………………………………….4 единицы

Резисторы МЛТ-0,25-1,3 кОм…………………………………4 единицы

Диоды КД 105А…..……………………………………………..4 единицы

Светодиоды А307Б…………………………………………….4 единицы

Резисторы МЛТ - 0,25 - 500 Ом………………………………4 единицы

7. Конструкторско - технологическая часть

Блок коммутации предназначен для коммутации сигнала, поступающего с калибратора на калибруемые терморегуляторы.

Для практической реализации электрической схемы блока коммутации необходимо разработать конструкцию блока и рассмотреть его технологическую оснастку.

Сборка и монтаж блока коммутации (далее БК) предусматривает выполнение механических и электрических соединений различных элементов и материалов. С этой целью необходимо использовать различные технологии и технологические приемы, учитывающие особенности построения БК. Кроме того, следует учитывать в процессе конструирования ряд требований, отражающих особенности оператора.

БК должен быть сконструирован так, чтобы мог управляться малоквалифицированным персоналом. Случайное неправильное обращение с блоком коммутации не должно выводить его из строя.

При разработке конструкции блока коммутации следует применять конструктивное решение, удовлетворяющее требованиям технологичности.

От качества компоновки элементов в значительной мере зависят технические, технологические и эксплуатационные характеристики блока коммутации, а также его ремонтопригодность. Компоновочные решения должны удовлетворять следующим требованиям:

Между отдельными элементами должны отсутствовать заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики блока коммутации; тепловые и механические влияния элементов конструкции не должны ухудшать их технические характеристики;

Взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечивать технологичность сборки и монтажа с учетом легкого доступа к деталям, ремонта и обслуживания;

Конструкция блока коммутации должна удовлетворять требованиям технической эстетики;

Габариты и масса должны быть минимальными, что связано с плотностью монтажа.

Несущая конструкция блока коммутации должна обеспечивать технологичность конструкции, нормальный тепловой режим и безопасные условия для обслуживания персонала. Часть несущей конструкции, которая обеспечивает прочность и устойчивость блока коммутации, является каркасом.

Элементы блока коммутации устанавливаются на плате определенного типоразмера. Такими элементами являются реле, транзисторы, диоды, светодиоды, резисторы и разъемы.

Шасси блока коммутации представляет собой опорный элемент, который с помощью соответствующего крепления объединяет узлы блока в единую конструкцию. На передней части шасси установлены сигнальные индикаторы и кнопку.

Конструктивно шасси представляет собой опорный металлический узел.

Все комплектующие изделия, входящие в состав блока коммутации, соответствуют требованиям нормативных документов, по которым производим их приемку.

Сборка и монтаж блока коммутации включает в себя следующие операции:

1. Монтаж сетевой кнопки питания терморегуляторов.

Установка на шасси заранее смонтированной платы и подпайка проводов, отходящих от нее.

Установка предохранителя.

Проверка правильности выполнения монтажа.

Подготовка проводников к пайке заключается в их зачистке от изоляции и лужении. Монтажные провода по сечению должны соответствовать току нагрузки, допускаемому падению напряжения и обладать необходимой механической прочностью. Гибкие монтажные провода, присоединяемые к неподвижным элементам, имеют запас по длине, который обеспечивает 1-2 перепайки. Запас получается за счет выгиба проводов при пайке их к элементам.

Перед установкой реле в аппаратуру производится их проверка. Вначале она производится без подключения к источнику тока. С помощью омметра проверяются сопротивления всех обмоток на постоянном токе. Измеренные сопротивления обмоток должны находиться в пределах допусков, указанных в паспорте. Подключение омметра к различным изолированным обмоткам должно показывать большое (теоретически бесконечное) сопротивление. При наличии мегомметра проверяются сопротивления изоляции между токоведущими элементами и корпусом.

Проверка реле на срабатывание производится путем подключения обмотки к источнику напряжения. При подаче постоянного напряжения на реле постоянного тока должно происходить его срабатывание, при этом соответствующие контакты должны замыкаться или размыкаться. При снятии постоянного напряжения с обмотки должен происходить возврат контактов в исходное состояние.

Монтаж реле производится либо при помощи специальных крепежных деталей (винты «под гайку», отверстия для болтов, специальные проволочные скобы и т.д.), либо непосредственно на печатную плату.

При групповом расположении реле устанавливаются параллельно в ряды с минимальным расстоянием между реле в ряду и между рядами 2 мм.

Реле не должны располагаться вблизи источников электромагнитных полей (трансформаторов, дросселей).

При монтаже реле «под гайку» нельзя допускать срывов резьбы. Необходимо применять фиксирующие элементы, предохраняющие винты и гайки от самоотвинчивания. Винты и головки болтов должны покрываться специальным лаком.

Монтировать в аппаратуру допускается только те реле, гарантийный срок которых не истек. Поэтому перед монтажом целесообразно проверить дату изготовления - она указывается в паспорте или на корпусе реле. Пайку следует проводить на расстоянии 1,5…2 мм от поверхности платы реле. Мощность паяльника должна быть достаточной для разогрева, но не более 100 Вт. В качестве флюса лучше использовать раствор канифоли в спирте. Допустимо использование только канифоли. Для электрического монтажа необходимо использовать гибкий многожильный провод. При пайке проводов к выводам надо следить за тем, чтобы на плату реле с выводами не попадали флюс и припой, так как это может снизить сопротивление изоляции на токоведущих частях. Наплывы оставшегося флюса рекомендуется удалять тампоном из неворсистого материала. Тампон пропитывается спиртом. При удалении остатков флюса реле целесообразно держать наклонно вниз.

При прогреве и пайке одного из выводов реле недопустимо касание паяльником других выводов. Нежелательно на выводы реле присоединять несколько проводов, делая выводы общей точкой соединения монтажных проводников. На выводе реле должны быть надеты изоляционные трубки (кембрик).

При выпайке реле с печатной платы необходимо использовать специальный паяльник, одновременно разогревающий все припаянные контакты.

В процессе монтажа транзисторов в схеме механические и тепловые воздействия на них не должны превышать значений, указанных в ТУ, так как это может привести к растрескиванию изолятора и, следовательно, к нарушению герметичности корпуса транзистора.

При рихтовке, формовке и обрезке участок вывода у корпуса транзистора должен быть закреплен таким образом, чтобы в месте выхода вывода из корпуса (изолятора) он не испытывал изгибающих или растягивающих усилий. Оснастка для формовки выводов должна быть заземлена.

Расстояние от корпуса транзистора до начала изгиба вывода при формовке должно быть не менее 2 мм. При диаметре вывода не более 0,5 мм радиус его изгиба должен быть не менее 0,5 мм; при диаметре от 0,6 до 1,0 мм - не менее 1 мм; при диаметре более 1,0 мм - не менее 1,5 мм.

При лужении, пайке и монтаже транзисторов следует принимать меры, исключающие возможность их повреждения из-за перегрева и механических усилий. В процессе выполнения операций лужения и пайки расстояние от корпуса (изолятора) до места лужения и пайки должно быть не менее 3 мм.

Очистку печатных плат от флюсов допускается производить жидкостями, не портящими покрытие, маркировку и материал корпуса транзистора (рекомендуется спиртобензиновая смесь).

Технологический процесс сборки и монтажа блока коммутации включает в себя следующие операции:

Лужение:

зачистка и лужение выводов резисторов, транзисторов, реле, диодов и светодиодов;

контроль качества лужения.

Комплектование:

комплектование платы блока коммутации в соответствии с комплектующей картой.

Монтаж:

установка на плате резисторов, транзисторов, реле, диодов и светодиодов;

нанесение флюса на место паек;

пайка элементов;

контроль качества монтажа и пайки.

Сборка:

укрепление платы с элементами:

установка кожуха;

крепление его к основанию;

подключение питающего напряжения;

подключение разъемов для терморегуляторов;

выходной контроль режимов работы блока коммутации.

Общий вид блока коммутации представлен на рис. 7.1.

Рис. 7.1 Общий вид блока коммутации.

8. Определение метрологических характеристик

При калибровке терморегуляторов имеет место однократное измерение. Результат однократного измерения описывается выражением:

Сам по себе он ни о чем не говорит, так как является случайным значением измеряемой величины. Необходимым условием проведения однократного измерения служит наличие априорной информации. Такая информация предоставлена классом точности средства измерений.

Поэтому при определении погрешности АРМ, пользуясь априорной информацией, берем во внимание классы точности составляющих звеньев АРМ.

В состав автоматизированного рабочего места для калибровки терморегуляторов входят: ЭВМ, блок управления калибратором, блок коммутации, калибратор П 320, термометр ртутный стеклянный.

ЭВМ не участвует в измерительном процессе, а только подает команды через БУК на калибратор П 320. В программу ЭВМ введены данные из ГОСТ Р 50431 - 92 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования». Этот ГОСТ Р предусматривает зависимость ЭДС от температуры для всех градуировок термопреобразователей . Поэтому в программу введены значения ЭДС, соответствующие калибровочным точкам. Эти значения установлены экспериментальным путем, узаконены ГОСТом и признаны за действительные значения. Поэтому погрешность ЭВМ не учитываем в определении общей погрешности АРМ.

Блок управления калибратором также не участвует в измерительном процессе, а служит для передачи команд на выдачу калибровочного напряжения от ЭВМ к калибратору П 320. Поэтому его погрешность также не берут в расчет при определении погрешности АРМ.

...