Курсовая работа: Інформаційно-вимірювальна система температури

На підставі законів випромінювання розроблені пірометри наступних типів:

- пірометр сумарного випромінювання (ПСВп) - вимірюється повна енергія випромінювання;

- пірометр часткового випромінювання (ПЧВ) - вимірюється енергія в обмеженій фільтром (або приймачем) ділянці спектру;

- пірометри спектрального відношення (ПСВ) - вимірюється відношення енергії фіксованих ділянок спектру.

Залежно від типу пірометра розрізняються радіаційна, колірна температури та температура яскравості.

Радіаційною температурою реального тіла Т_р називають температуру, при якій повна потужність АЧТ рівна повній енергії випромінювання даного тіла при дійсній температурі Т_д .

Температурою яскравості реального тіла Т_я , називають температуру, при якій щільність потоку спектрального випромінювання АЧТ рівна щільності потоку спектрального випромінювання реального тіла для тієї ж довжини хвилі (або вузького інтервалу спектру) при дійсній температурі Т_д .

Колірною температурою реального тіла Т_ц називають температуру, при якій відношення щільності потоків випромінювання АЧТ для двох довжин хвиль і рівні відношенню щільності потоків випромінювань реального тіла для тих же довжин хвиль при дійсній температурі Т_д . Принцип дії оптичних пірометрів заснований на використанні залежності щільності потоку монохроматичного випромінювання від температури.

У фотоелектричних пірометрах з межами вимірювання від 500 до
1100 ⁰ С застосовують киснево-цезієвий фотоелемент, а в приладах з шкалою 800 - 4000 ⁰ С вакуумний сурм'яно-цезієвий. Поєднання останнього з червоним світлофільтром забезпечує отримання ефективної довжини хвилі пірометра 0,65±0,01 мкм , що приводить до збігу показів фотоелектричного пірометра з показами візуального оптичного пірометра.

1.7 Цифрові вимірювачі температури

Загальні особливості побудови цифрових вимірювачів температури (ЦВТ) зв`язані з низьким рівнем сигналів первинних вимірювальних перетворювачів, високим рівнем завад нормального та спільного видів (як правило, співвимірним з корисним сигналом), необхідністю лінеаризації загальної функції перетворення, забезпеченням високої часової стабільності та малих змін їх показів у широкому діапазоні зміни температури довкілля. Спеціальні вимоги випливають з особливостей використання первинних вимірювальних перетворювачів: необхідність компенсації впливу зміни температури вільних кінців термоелектричних перетворювачів, суттєве зменшення похибок від перегріву терморезистивних перетворювачів вимірювальним струмом, забезпечення інваріантності результату вимірювання до значення вимірювального струму, а також опорів з`єднувальних ліній. Для врахування вказаних особливостей ЦВТ виконуються з автоматичною корекцією адитивної складової похибки в цифровій частині приладу ата цифровою лінеаризацією загальної функції перетворення. Значного послаблення завад досягають використанням методу АЦП з ваговим двотактним інтегруванням та гальванічним розділенням аналогової та цифрової частини приладів.

В ЦВТ з термоелектричними перетворювачами (рисунок 4) використовуються аналогова схема компенсації впливу зміни температури вільних кінців, а корекція адитивної похибки здійснюється за методом комутаційного інвертування.

Рисунок 4 – Структурна схема ЦВТ з термоелектричними перетворювачами

Аналогова частина ЦВТ містить перемикач полярності П, масштабний підсилювач МП, перетворювач напруги в інтервал часу ПНЧ, блок опорної напруги Е₀ та блок керування аналоговою частиною БКА. Ця частина екранована та гальванічно розділена з його цифровою частиною за допомогою блока гальванічного розділення БГР. Цифровачастина складається з блоку керування БК, боку корекції адитивної похибки БКА, блоку цифрової лінеаризації БЦЛ та блоку відображення інформації БВІ.

Код результату вимірювання і пропорційний йому показ отримується за два цикли перетворення при протилежних полярностях вхідної напруги , яка інвертується перемикачем полярності П,

, (1.4)

де Т - тривалість часу інтегрування вхідної напруги; - опорна частота; - коефіцієнт передачі масштабного підсилювача МП; Е₀ – опорна напруга АЦП; - коефіцієнт перетворення блока цмфрової лінеаризації.

Оскільки скореговане за методом комутаційного інвертування значення адитивної похибки є нехтовно малим (менше ±0,5 мкВ і не перевищує половини одиниці молодшого розряду), то стабільність таких ЦВТ визначається тільки стабільністю їх масштабних елементів. Для сучасної елементної бази нормований час безперервної роботи приладів без підстроювання становить 5000 год (1 календарний рік) у важких промислових умовах.

Рисунок 5 – Структурна схема ЦВТ з терморезистивними перетворювачами

ЦВТ з терморезистивними перетворювачами відрізняються тільки наявністю деяких блоків в аналоговій частині (рисунок 5). В аналоговій частині є такі відсінні блоки: перетворювач напруга-струм ПНС, перетворювач струм-напруга ПСН, суматор СМ, масштабний резистор . Терморезистивні перетворювачі можуть під`єднуватись до ЦВТ як чотирипровідною лінією до струмових С1, С2 та потенціальних П1, П2 входів (ключ S - в положенні 1), так і трипровідною (ключ S – в положенні 2). Корекція адитивной похибки здійснюється за методом модуляції вимірювального струму, значення яких встановлюється перетворювачем напруга-струм ПНС.

За умови код результату вимірювання для чотирипровідної лінії зв`язкувизначатиметься як

, (1.5)

де - опір терморезистивного перетворювача при 0 ; - коефіцієнт пертворення напуги на струм; - відношення опорів терморезистивного перетворювача.

Для трипровідної лінії зв`язку код результату вимірювання знаходиться як

, (1.6)

де , - опори першого та другого струмових дротів; - коефіцієнт передачі суматора за середнім входом.

При виконанні коефіцієнта передачі підстроюваним, трудомістка операція підгонки різниці опорів (, де - опір резистора підгонки) замінюється набагато простішою операцією підстроювання . Це забезпечує інваріантність результату вимірювання до опорів три провідної лінії зв`язку.

В Україні ЦВТ промислового використання типів А565.А56, ЦР7701 серійно випускаються ВАТ «Мукачівприлад». Вони призначені для роботи із всіма стандартними первинними перетворювачами, їх похибка (0,1…0,2)% в декілька разів менша від похибок цих перетворювачів.