Курсовая работа: Проектування вимірювальної системи температури

Термометри опору – прилади для вимірювання температури, дія яких основана на зміні електричного опору металів і напівпровідників від зміни температури. Вони широко застосовуються для вимірювання температури в діапазоні від –260 ⁰ до 750 ⁰ С. В деяких випадках вони можуть бути застосовані для вимірювання температури до 1000 ^о С.

Дія термометрів опору основана на властивості речовини змінювати свій електричний опір при зміні температури. При вимірюванні температури термометр опору занурюють в середовище, температуру якого потрібно визначити. Знаючи залежність опору термометра від температури можна за зміною опору термометра робити висновок про температуру середовища, в якому він знаходиться. При цьому необхідно мати на увазі, що довжина чутливого елемента у більшості термометрів складає декілька сантиметрів, і тому при наявності температурних градієнтів в середовищі термометр опору вимірює деяку середню температуру тих шарів середовища, в яких знаходиться його чутливого елементу. Термометр опору з чистих металів, який одержав найбільше розповсюдження, виготовляють звичайно у вигляді обмотки з тонкої проволоки на спеціальному каркасі з ізоляційного матеріала. Для того, щоб запобігти від можливих механічних ушкоджень та дії середовища, температура якого вимірюється термометром, чутливий елемент його вміщують в спеціальну захисну гільзу.

До числа якостей металічного термометра опору слід віднести:

- високу степінь точності виміряної температури;

- можливість випуску вимірювальних приладів до них зі стандартною градуйованою шкалою практично на будь-який температурний інтервал в діапазоні допустимого температурного застосування термометрів опору;

- можливість централізованого контролю температури шляхом приєднання декількох взаємодіючих термометрів опору через перемикач до одного вимірювального приладу;

- можливість використовування їх з інформаційно-розрахунковими машинами.

Напівпровідникові термометри опору, як показує практика їх застосування, можуть бути використані для вимірювання температури від 1,3 до 400 К. В практиці технологічного контролю вони в порівнянні з металевими знаходять менше застосування, так як вимагають індивідуального градуювання.

Опір термометрів в промислових умовах вимірюється мостами або логометрами. Незрівноважені мости використовують рідко із-за таких недоліків, як нелінійної градуювальної характеристики, залежності їх показань від значення напруги живлення. Найбільше поширення одержали зрівноважені мости, в плечі яких вмикають термометри опору (рисунок 1.2).

Умовою рівноваги мостової схеми є рівність добутків опорів протилежних плеч

R₁ · R₃ = R₂ · R_t . (2)

Недоліком одинарної мостової схеми є додаткова похибка, яка вноситься опорами провідників, якими термометр опору підключається до мостової схеми.

При зміні температури навколишнього середовища змінюється і опір цих провідників, що не дає можливості компенсувати вказану похибку. Для зниження цієї похибки використовують трипровідну схему підключення термометрів опору. В цьому випадку опори проводів виявляються не в одному, а в різних плечах моста і тому їх вплив суттєво зменшується. При симетрії моста їх опори віднімаються.

Е ВП

to

Рисунок 1.2 – Мостова схема включення термометра опору

Величина порушення цієї умови рівноваги фіксується вимірювальним приладом ВП.

1.3 Манометричні термометри

Манометричні термометри використовують для вимірювання температур рідких і газових середовищ у діапазоні від 0 до +600^о С.

Принцип дії приладів заснований на використанні залежності зміни тиску робочої рідини, насиченого пару або газу при постійному обсязі від температури об'єкта.

В залежності від наповнювача, що заповнює всю термосистему (термобалон, капіляр і дошкульний елемент), манометричні термометри діляться на газові, парорідинні і рідинні.

Газові прилади заповнюють інертним газом - азотом або аргоном, парорідинні - рідинами, що низько киплять, (ацетон, фреон), пари яких при що вимірюється температурі частково заповнюють термобалон, рідинні - кремній органічної рідиною. Шкала манометричних газових і рідинних термометрів рівномірна; в парорідинних термометрів шкала нерівномірна в першій третині шкали.

До переваг манометричних термометрів відносяться мала інерційність вимірювань і вибухонебезпечність, до недоліків - низька ремонтоздатність в умовах заводу, особливо при виході з ладу чутливого елемента або капіляра, відповідно низький клас точності.

2. Розробка структурної схеми системи вимірювання температури

2.1 Вибір оптимального варіанту структурної схеми

В даному пункті курсової роботи розробляється структурна схема інформаційно-вимірювальної системи вимірювання температури. Буде розглянуто три варіанта структурних схем, порівняно їх між собою за шістьма критеріями, коротко охарактеризовано кожну та обрано оптимальну структурну схему, на основі якої буде розроблена інформаційно-вимірювальна система. При виборі оптимальної структурної схеми слід враховувати кількісні та якісні характеристики кожної з них, а саме швидкодію, надійність, простоту реалізації, низьку собівартість, точність. Розглянемо першу структурну схему, яка приведена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Перший варіант реалізації структурної схеми системи для визначення температури

Позначення на схемі:

T/U – первинний вимірювальний перетворювач температури в напругу;