Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Костромской государственный технологический университет"

(ФГБОУ ВПО "КГТУ")

Заочный факультет

Кафедра автоматики и микропроцессорной техники

Дисциплина: Технические средства измерений

Курсовая работа

по теме: Измерение температуры

Кострома 2015

Оглавление

• 1. Теоретическая часть
• 1.1 Необходимость и значение контроля температуры
• 1.2 классификация приборов и методы контроля температур
• 1.2.1 Термометр расширения
• 1.2.2 Манометрические термометры
• 1.2.3 Термометры сопротивления
• 1.2.4 Термоэлектрические термометры
• 2. Расчетная часть
• Задача 2.1
• Задача 2.2
• 3. Конструкторская часть

1. Теоретическая часть

1.1 Необходимость и значение контроля температуры

Все типы термометров принято разбивать на два класса в зависимости от методики измерений. Традиционный и наиболее массовый вид термометров - контактные термометры, отличительной особенностью которых является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Вторую группу составляют бесконтактные термометры, для измерения которыми достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения.

1.2 классификация приборов и методы контроля температур

Контактные приборы и методы по принципу действия разделяются на следующие группы:

1.2.1 Термометр расширения

Жидкостные

Основаны на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой она находится (термометрического стекла или реже кварца). Стеклянные жидкостные термометры отличаются высокой точностью, простотой устройства и дешевизной, однако они хрупки, непригодны для ремонта, и не могут передавать показания на расстояние (за исключением электро-контактных ртутных термометров). Основными элементами конструкции термометра является резервуар с припаянным к нему капилляром, заполненные частично термометрической жидкостью и шкала. В качестве термометрической жидкости в большинстве случаев используется химически чистая ртуть. Ртуть не смачивает стекло, легко получается в чистом виде, находится в жидком состоянии в широком диапазоне температур (от - 38,84 до 356,58 °С). Выпускаются термометры для измерения температур от -100° до 600° С.

Биметаллические

Основаны на преобразовании изменений температуры в изгиб пластин, состоящих из двух металлов с разными температурными коэффициентами расширения. Диапазон измерения температур составляет от -100 до +600°С. Наибольшее распространение биметаллические термометры получили для работы при комнатной температуре - как для непосредственного ее измерения, так и для автоматического регулирования (в этом случае чувствительный элемент приводит в действие систему управления контактами реле).

Основная погрешность биметаллических термометров составляет 1-3% диапазона измерения, градуировочная характеристика близка к линейной. Однако чувствительные элементы термометров не взаимозаменяемы и приборы требуют индивидуальной градуировки. Она может осуществляться в термостатах путем сравнения с показаниями соответствующего образцового средства измерений.

1.2.2 Манометрические термометры

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры. В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества в термосистеме манометрические термометры подразделяют на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). Манометрические термометры могут быть использованы для измерения температур от -150 до 600°С. Диапазон измерения определяется наполнителем термосистемы. Термометры со специальными наполнителями (расплавленными металлами) пригодны для измерения температуры от 100 до 1000°С. Термосистема термометра состоит из термобаллона, капиллярной трубки и манометрической части. Вся система прибора (термобаллон, капиллярная трубка, манометрическая пружина) заполнена рабочим веществом. Термобаллон погружается в объект измерения. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне изменяется давление в замкнутой системе, которое через капиллярную трубку передается на манометрическую часть. По устройству манометрические термометры всех типов аналогичны. В зависимости от конструкции измерительной системы они бывают показывающими, самопишущими, бесшкальными со встроенными преобразователями для дистанционной передачи показаний. Манометрические термометры - достаточно простые устройства, позволяющие осуществлять автоматическую регистрацию измерений и передачу показаний на расстояние. Выпускаются термометры с унифицированным пневматическим и электрическим сигналами. Достоинство этих термометров - возможность их использования на взрывоопасных объектах. К недостаткам относят необходимость частой поверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта, а также довольно большие размеры термобаллона.

Газовые

Предназначены для измерения температуры от -50 до 600°С. Термометрическим веществом здесь служит гелий или азот. Принцип работы газовых манометрических термометров основан на использовании закона Шарля:

Pt = P0(1+в(t?t0)),

где t0 и t - начальная и конечная температуры; Р 0 и Pt - давление газа при температурах t0 и t соответственно; в - термический коэффициент давления газа (в =1/273,15 или 0,00366 К).

Жидкостные

Всю систему термометра заполняют термометрической жидкостью под некоторым начальным давлением. В качестве термометрического вещества в данных термометрах используется ртуть под давлением 10-15 МПа при комнатной температуре или толуол, ксилол, пропиловый спирт, силиконовые жидкости при Р=0,5-5 МПа. При ртутном заполнении диапазон измерений -30-600 °С, а для органических жидкостей -150-300 °С. При измерении температуры от t0 до t из термобаллона вытесняется жидкость объемом

?V = V0 (вж - 3б) (t - t0),

где вж - температурный коэффициент объемного расширения жидкости; б - коэффициент линейного расширения материала термобаллона; V0 - объем жидкости в термобаллоне при температуре t0. Благодаря большой теплопроводности жидкости термобаллон термометра сравнительно быстро принимает температуру измеряемой среды. Однако по этой же причине погрешности от колебания температуры окружающей среды у жидкостных термометров больше, чем у газовых. При значительной длине капилляра для жидкостных термометров применяют компенсационные устройства в виде биметаллического компенсатора. Из-за значительного давления в системе, которое предохраняет жидкость от закипания, погрешность от изменения барометрического давления в этих термометрах отсутствует. Манометрическим жидкостным термометрам свойственна гидростатическая погрешность, вызванная различным положением манометра относительно термобаллона. Эта погрешность устраняется после монтажа прибора путем смещения указателя прибора на нужное значение по шкале.

Конденсационные

В качестве манометрического вещества в этих термометрах используются легкокипящие жидкости (пропан, этиловый эфир, ацетон, толуол, хлористый метил и т.д.). Диапазон измерения -50-350°С. Специально изготовленные термометры применяются для измерения сверхнизких температур от 0,8 К.

Термобаллон термометра заполнен конденсатом примерно на 70-75% объема, а над конденсатом находится насыщенный пар этой же жидкости. Капилляр опущен в термобаллон так, что его конец находится в жидкости и в том случае, когда при максимальной температуре в термобаллоне остается часть жидкости. Принцип работы конденсационных термометров основан на зависимости давления Р насыщенного пара низкокипящих жидкостей от температуры:

где л - скрытая теплота испарения; Vn, Vж - удельные объемы пара и жидкости.

Давление в термосистеме конденсационного термометра равно давлению насыщенного пара при температуре рабочей жидкости, которая в свою очередь равна температуре измеряемой среды. Зависимость Р насыщенного пара от температуры однозначна (до критической температуры), но нелинейна, из-за чего шкалы конденсационных термометров имеют значительную неравномерность.

Для получения равномерной шкалы конденсационные термометры снабжают специальным линеаризующим устройством. Рабочее давление Р зависит только от пределов измерения и закона изменения давления насыщенного пара от температуры.

Таким образом, давление в термосистеме зависит только от измеряемой температуры t, изменение температуры окружающей среды не оказывает влияния на показание прибора. Поскольку термобаллон может быть выполнен малых размеров, то конденсационные термометры менее инерционны, чем другие манометрические термометры. Кроме того, эти термометры более чувствительны, т.к. давление насыщенного пара резко меняется с температурой. Конденсационным термометрам присущи гидростатическая погрешность и погрешность от изменения барометрического давления. Первая компенсируется аналогично жидкостным термометром, а вторая значительна лишь на начальном участке шкалы, когда давление в термосистеме невелико.

1.2.3 Термометры сопротивления

Действие термометров сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры в связи с возрастающим рассеянием электронов на неоднородностях кристаллической решетки, обусловленным увеличением тепловых колебаний ионов около своих положений равновесия. В полупроводниках наблюдается иная картина - число электронов проводимости резко возрастает с увеличением температуры. Поэтому электрическое сопротивление типичных полупроводников столь же резко (обычно по экспоненциальному закону) уменьшается при их нагревании. При этом температурный коэффициент электрического сопротивления полупроводников на порядок выше, чем у чистых металлов. Если известна зависимость между электрическим сопротивлением Rt термопреобразователя сопротивления и его температурой t (т.е. Rt=f(t) - градуировочная характеристика), то, измеряя Rt, можно определить температуру среды. Статическая характеристика металлических термометров сопротивления может быть записана в виде формулы:

R=R0[1 + б (t-t 0)],

где б - температурный коэффициент сопротивления, Ом/°C; R0 - сопротивление термометра при температуре t0, Ом; R - сопротивление термометра при температуре t, Ом.

Термометры сопротивления широко применяются для измерения температуры в интервале от -260 до 850 °С. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000 °С. К числу достоинств металлических термометров сопротивления следует отнести: высокую степень точности измерения температуры; возможность выпуска измерительных приборов к ним со стандартной градуировкой шкалы практически на любой температурный интервал; возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору.

К недостаткам термометров сопротивления относится потребность в постоянном источнике тока. В практике технических измерений температуры с использованием термопреобразователей сопротивления широкое применение получили мосты (уравновешенные и неуравновешенные), логометры и нормирующие преобразователи. Для точных измерений температуры и метрологической аттестации термопреобразователей применяют мосты постоянного тока.

1.2.4 Термоэлектрические термометры

Измерение температуры термоэлектрическими термометрами основано на использовании открытого в 1821 году немецким физиком Т. Зеебеком термоэлектрического эффекта, заключающегося в генерировании термо-ЭДС, возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи. Если цепь состоит из двух разнородных материалов, то она носит название термопары. Под термоэлектрическим термометром принято понимать комплект, состоящий из:

1) термопары, осуществляющей преобразование температуры в электрическое напряжение;

2) линий связи (удлиняющих проводов);

3) вторичного прибора для измерения термо-ЭДС.

Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединенных между собой разнородных проводников. Эти проводники называются термоэлектродами, места соединения термоэлектродов - спаями. Спай с температурой t, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим (измерительным) спаем термопары, второй спай с температурой t0 носит название свободного (соединительного). Возникающая в контуре термо-ЭДС завсит от разности функций температур t и t0. Если температура свободных концов постоянна t0=const.

2. Расчетная часть

Задача 2.1

Платиновый термопреобразователь сопротивления при температуре t₁ имеет сопротивление R₁. Какое сопротивление будет у преобразователя при температуре t₂, t₃ и t₄, если температурный коэффициент сопротивления платины равен 3,85•10^-3 °С^-1? Какое условное обозначение (градуировку) имеет номинальная статическая характеристика рассматриваемого типа термопреобразователя? Определите среднее значение коэффициента преобразования ТПС в диапазоне температур t₂…t₄. Постройте зависимости

R₁ = f(T) S₁ = f(T).

Данные для расчета.

Таблица 1.4

Вторая цифра варианта	R1, Ом	t1, °С	t2, °С	t3, °С	t4, °С
3	15,881	145	180	400	550

Указание для расчета

Для платинового ТПС в рассматриваемом температурном диапазоне зависимость R₁=f(t) имеет вид:

R_t = R₀ (1 + At + Bt²),

где А = 3,90802•10^-3 °С^-1; В = -5,802*10^-7 °С^-2.

Зная R₁ при температуре t₁, находим R₀, а затем по той же формуле (для стандартных термопреобразователей можно пользоваться градуировочными таблицами) рассчитываем сопротивления R₂, R₃ и R₄ при соответствующих температурах t_2, t₃ и t₄.

Значение сопротивлений округлить до сотых долей Ома.

Обозначение НСХ для термопреобразователя устанавливается по его номинальному сопротивлению. В данной задаче используется ТПС со следующими статическими характеристиками: 1П, 10П, 50П, 100П.

Чувствительность (коэффициент преобразования) ТПС в диапазоне t₂…t₄ рассчитывается по формуле:

S = (R₄ - R₂)/(t₄ - t₂)

Решение

Зная величину R₁ находим величину R₀:

R₀ = R₁ / (1 + At + Bt²)

R₀ = 15,881 / (1 + 3,90802•10^-3 • 145 - 5,802•10^-7 • 145²) = 10,216 Ом

Находим величину сопротивления при температуре 180 °С:

R₂= R₀ (1 + At + Bt²)

R₂ = 10,216(1+3,90802•10^-3 • 180 - 5,802•10^-7 • 180²) = 17,21 Ом

Находим величину сопротивления при температуре 400 °С:

R₃= R_0р (1 + At + Bt²)

R₃ = 10,216(1+3,90802•10^-3 • 400 - 5,802•10^-7 • 400²) = 25,237 Ом

Находим величину сопротивления при температуре 550 °С:

R₄= R_0р (1 + At + Bt²)

R₄ = 10,216(1+3,90802•10^-3 * 550 - 5,802•10^-7 • 550²) = 30,381Ом

Максимальное допустимое отклонение сопротивления от градуировочной таблицы при 145°С

^Дt = ± (0,30 + 4,5•10^-3 • 145) = 0,952Ом

Т. к. R₁ = 15,881 Ом при R_т = 15,579 Ом, то отклонение допускается.

Максимальное допустимое отклонение сопротивления от градуировочной таблицы при 180°С

^Дt = ± (0,30 + 4,5•10^-3 • 180) = 1,11Ом

Т. к. R₂ = 17,21 Ом при R_т = 16,954 Ом, то отклонение допускается.

Максимальное допустимое отклонение сопротивления от градуировочной таблицы при 400°С

^Дt = ± (0,30 + 4,5•10^-3 • 400) = 2,1Ом

Т. к. R₃ = 25,237 Ом при R_т = 24,935 Ом, то отклонение допускается.

Максимальное допустимое отклонение сопротивления от градуировочной таблицы при 550°С

^Дt = ± (0,30 + 4,5•10^-3 • 550) = 2,775Ом

Т. к. R₂ = 30,381 Ом при R_т = 30,051 Ом, то отклонение допускается.

Находим чувствительность ТПС при 145 °С :

S₁ = (ДR₁) / (Дt₁)

S₁ = (15,881 - 15,579) / (146 - 144) = 0,151

Находим чувствительность ТПС при 180 °С :

S₂ = (ДR₂) / (Дt₂)

S₂ = (17,21 - 16,954) / (181 - 179) = 0,128

Находим чувствительность ТПС при 400 °С :

S₃ = (ДR₃) / (Дt₃)

S₃ = (25,237 - 24,935) / (401 - 399) = 0,151

Находим чувствительность ТПС при 550 °С :

S₄ = (ДR₄) / (Дt₄)

S₄ = (30,381 - 30,051) / (551 - 549) = 0,065

Строим график зависимости R₁ = f(T):

Строим график зависимости S = f(T):

Задача 2.2

Проведите расчет схемы неуравновешенного моста постоянного тока, питаемого напряжением U. Измеряемое сопротивление преобразователя R₁ измеряется по линейному закону

R₁ = R_н(1 + в),

где R_н - начальное сопротивление, при котором мост находится в равновесии, а в - коэффициент, изменяющийся от 0 до 1. При в = 0 мост находится в равновесии.

Пусть R_н = 10N Ом (N - номер варианта). Сопротивление плеч R₂, R₃ и гальванометра R_г связаны с R_н соотношениями R₂ = kR_г, R₃ = mR_н и R_г = nR_н. Значения U, k, m, n для каждого варианта задачи приведены в таблице 3.

Таблица 1.5

Вторая цифра варианта	U, В	k	m	n
3	20	1,8	2,0	3,0

Указания для расчета

При выполнении задания необходимо:

а) используя один из известных методов расчета электрических цепей (законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов или теорию об эквивалентном генераторе), вывести формулы для вычисления тока в измерительной диагонали I_г и тока, протекающего по преобразователю I₁;

б) определить сопротивление плеч R₂, R₃, R₄ и сопротивление гальванометра R_г, а также рассчитать силу тока I_г при различных значениях в (рекомендуется изменять в с шагом Дв = 0,1) и построить график зависимости I_г = f(в);

в) найти максимальное (I_IМАКС) и минимальное (I_IМИН) значения силы тока, протекающего по резистору R₁;

г) определить чувствительность схемы для нескольких участков кривой I_г = f(в) и построить график зависимости S = f(в).

S_i = (I_i - I_i-1)/(100 Дв/в_MAKC)

где I_i - значение силы тока, соответствующее в_i.

Решение

а) Находим величины R₂, R₃ и R_г:

R_н = 10N = 10 • 23 = 230 Ом

R_г = nR_н = 3 • 230 = 690 Ом

R₂ = кR_г = 1,8 • 690 = 1242 Ом

R₃ = mR_н = 2 • 230 = 460 Ом

Рассчитаем R₄, для этого составим систему уравнений по проавилам Кирхгофа:

1. 1. -I_г + I₃ - I₄ = 0

2. -I₁ - I_г + I₂ = 0

3. I₂ + I₄ - I_u = 0

4. I₁ • R₁ - I_г • R_г - I₃ • R₃ = 0

5. I_г • R_г - I₂ • R₂ - I₄ • R₄ = 0

6. I₃ • R₃ + I₄ • R₄ = U

Из 4 и 5 уравнений при I_г = 0 (т. к. мост в равновесии при в = 0) получаем:

I₁ • R₁ = I₃ • R₃

I₂ • R₂ = I₄ • R₄

Поделим уравнения друг на друга:

Из уравнений 1 и 2 получаем:

I₁ = I2

I₁ = I4

Следовательно

или

R₄ = 2484 Ом

б) Находим токи (расчет проводился в Mathcad):

1. 1. -I_г + I₃ - I₄ = 0

2. -I₁ - I_г + I₂ = 0

3. I₂ + I₄ - I_u = 0

4. I₁ • R₁ - I_г • R_г - I₃ • R₃ = 0

5. I_г • R_г - I₂ • R₂ - I₄ • R₄ = 0

6. I₃ • R₃ + I₄ • R₄ = U

I₁ = 0,014 А,

I₂ = 0,014 А,

I₃ = 6,793•10^-3 А,

I₄ = 6,793•10^-3 А,

I_г = 0 А,

I_u = 0,02 А.

Находим силу тока I_г при в = 0,1; для этого найдем сопротивление R₁ и R₄:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,1) = 253 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 253 = 2258 Ом

I_г = 2,015•10^-4 А

Находим силу тока I_г при в = 0,2:

R₁ = R_н • (1 + в) = 230 • (1 + 0,2) = 276 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 276 = 2070 Ом

I_г = 3,922•10^-4 А

Находим силу тока I_г при в = 0,3:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,3) = 299 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 299 = 1911 Ом

I_г = 5,728•10^-4 А

Находим силу тока I_г при в = 0,4:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,4) = 322 Ом

R₄ = R₂ * R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 322 = 1774 Ом

I_г = 7,442•10^-4 А

Находим силу тока I_г при в = 0,5:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,5) = 345 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 345 = 1656 Ом

I_г = 9,071•10^-4 А

Находим силу тока I_г при в = 0,6:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,6) = 368 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 368 = 1553 Ом

I_г = 1,062•10^-3 А

Находим силу тока I_г при в = 0,7:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,7) = 391 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 391 = 1461 Ом

I_г = 1,21•10^-3 А

Находим силу тока I_г при в = 0,8:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,8) = 414 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 414 = 1380 Ом

I_г = 1,35•10^-3 А

Находим силу тока I_г при в = 0,9:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 0,9) = 437 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 437 = 1307 Ом

I_г = 1,485•10^-3 А

Находим силу тока I_г при в = 1:

R₁ = R_н(1 + в) = 230 • (1 + 1) = 460 Ом

R₄ = R₂ • R₃ / R₄ = 1242 • 460 / 460 = 1242 Ом

I_г = 1,613•10^-3 А

Строим график зависимости I_г = f(в):

в) Находим максимальные и минимальные значения силы тока, протекающего по резистору R₁:

При в = 0,1, I_IМИН = 0,011 А

При в = 1, I_IМИН = 0,014 А

г) Чувствительность схемы для нескольких участков

S_i = (I_i - I_i-1)/(100•Дв/в_MAKC)

Определяем чувствительность при Дв = 0,1:

S₁ = (2,015•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,1/1) = 1,28•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,2:

S₂ = (3,922•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,2/1) = 1,907•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,3:

S₃ = (5,728•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,3/1) = 1,806•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,4:

S₄ = (7,442•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,4/1) = 1,714•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,5:

S₅ = (9,071•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,5/1) = 1,629•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,6:

S₆ = (1,062•10^-3 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,6/1) = 1,549•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,7:

S₇ = (1,21•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,7/1) = 1,48•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,8:

S₈ = (1,35•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,8/1) = 1,4•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 0,9:

S₉ = (1,485•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 0,9/1) = 1,35•10^-5

Определяем чувствительность при Дв = 1:

S₁₀ = (1,613•10^-4 - 1,613•10^-3)/(100 • 1/1) = 1,28•10^-5

Строим график зависимости S = f(в):

3. Конструкторская часть

температура термодатчик измерительный манометрический

Рассчитать схему измерительной системы, исходные данные приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Вторая цифра варианта	Контролируемый параметр	Тип первичного преобразователя	Выход
3	Температура сушильной камеры + 30…80 °С	Термометр сопротивления	Сигнализация

Рассчитать суммарную погрешность системы.

Решение

Для выбора элементов измерительной системы использую "Каталог 2014. Оборудование для автоматизации".

1. Выбор первичного преобразователя.

По заданию надлежит использовать термометр сопротивления. На практике широкое применение находят только два типа таких термометров, медные (ТСМ) и платиновые (ТСП) с нормальными статическими характеристиками (НСХ):

- медные: 50М и 100М;

- платиновые 50П, 100П и Pt100.

Заданному диапазону измеряемых температур соответствуют медные термометры ОВЕН.

Для упрощения построения схемы выбираем со встроенным нормирующим преобразователем (НП) 4 - 20 мА.

Выбираем термометр сопротивления ДТС 125Л-50М.0В 3.120.2



Датчики с выходным сигналом 4…20мА позволяют:

- увеличивать длину линии связи "измерительный прибор \ датчик температуры";

- подключить к одному датчику несколько измерителей;

снизить влияние помех на линию связи "прибор \ датчик".

Технические характеристики:

Номинальное напряжение питания - 24 В;

Диапазон выходного тока - 4…20 мА;

Разрядность цифро-аналогового преобразователя, не менее - 12 бит;

Номинальное значение сопротивления нагрузки (при напряжении питания 24 В) - 250 Ом ± 5%;

Сопротивление линии связи с термоэлектрическим преобразователем, Ом, не более 100 Ом;

Сопротивление каждого провода соединяющего преобразователь с термометром сопротивления, Ом, не более - 30Ом.

2. Выбор измерителя-регулятора.

В качестве измерителя выбираем двухпозиционный измеритель с функцией сигнализации 2ТРМ 1.

Терморегулятор ОВЕН 2ТРМ 1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.).

Технические характеристики:

Напряжение питания переменного тока - 90-245 В;

Частота напряжения питания - 47...63 Гц;

Потребляемая мощность - не более 7 ВА;

Напряжение встроенного источника питания нормирующих преобразователей - 24 ± 2,4 В;

Максимально допустимый ток источника питания - 80 мА;

Предел основной приведенной погрешности измерения для термоэлектрических преобразователей - ± 0,5%.

Функциональная схема прибора:

3. Выбор сигнализации.

В качестве устройства сигнализации были выбраны светодиодные сигнальные лампы (продукция компании Техком-Автоматика) трех различных цветов, информирующих оператора о трех значениях температур.

Технические характеристики:

Напряжение питания - 24-220 В AC/DC;

Потребляемый ток - 20 мА;

Диапазон рабочих температур: - 25…+55 єС;

Класс защиты - IP40;

Рабочий ресурс - ? 30000 ч.

4. Выбор блока питания.

Для питания измерительной системы требуется блок питания с постоянным напряжением от 10 до 30 В.

Минимальная мощность блока питания P = U?I = 10 В * 30 мА = 0,3 Вт

Согласно алгоритму выбора блоков питания для питания измерительной системы выбираем блок питания БП 02.

Одноканальный блок питания БП 02Б-Д 1-24.



Блок питания БП 02 предназначен для питания стабилизированным постоянным напряжением радиоэлектронных устройств широкого спектра. Блок питания БП 02 рекомендуется для питания датчиков температуры, влажности и давления.

Основные функции:

Преобразование переменного или постоянного напряжения в постоянное стабилизированное напряжение;

Ограничение пускового тока;

Защита от короткого замыкания, перегрузки и перегрева.

Технические характеристики:

Входное напряжение - 90 -264 В переменного или 110 - 370 В постоянного;

Входной ток, не более - 0,03 А;

Выходное напряжение - 24 ±3% В;

Максимальный выходной ток, не более - 0,1 А;

Максимальная выходная мощность, не более - 2,5 Вт;

Нестабильность выходного напряжения, не более - ±0,2%.

4. Расчёт суммарной погрешности

Суммарная погрешность системы состоит из погрешности первичного преобразователя, а также погрешности программируемого логического контроллера и погрешности линий связи.

Так как потери в линиях связи пренебрежимо мало, принимаем .

Остальные погрешности берем из паспортных данных устройств:

Суммарная погрешность системы:

Схема измерительной системы

Список литературы

1. Сайт "Школа для электрика", режим доступа: http://electricalschool.info/

2. Сайт "Генерация документов", режим доступа: http://gendocs.ru/

3. Сайт "Магазин продукции ТЕКО", режим доступа: http://www.teko-market.ru/

4. Сайт "Техком-Автоматика", режим доступа: http://roskip.ru/

5. Сайт "ОВЕН", режим доступа: режим доступа: http://www.owen.ru/

6. Фандеев Е.И. Метрология, стандартизация, сертификация: учебно-методическое пособие к решению задач и выполнению расчетных заданий.

7. ГОСТ 8.401-80. ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования.

Размещено на Allbest.ru

...