Курсовая работа: Розробка цифрового термометру

Вказані п’єзоелектричні термоперетворювачі можуть функціонувати в широкому діапазоні температур, мають порівняно високу точність, що пояснюється високою стабільністю параметрів перетворювача і високими метро-логічними характеристиками вимірювачів частоти.

До того ж п’єзоелектричні термоперетворювачі в порівнянні з термо-метрами опору і термопарами мають високу швидкодію (до кількох вимірів за секунду). Тоді як інерційність останніх складає десятки секунд.

Рисунок 1.3 – Якісна статична характеристика п’єзоелектричного термоперетворювача

Недоліком таких перетворювачів є обмежена взаємозамінюваність, що пояснюється розкидом параметрів f ₀ iS . Враховуючи сказане та умову курсової роботи виберемо для побудови цифрового термометра п’єзоелектричний вимірювальний термоперетворювач. Оскільки вихідною величиною п’єзоелектричного термоперетворювача є частота, а вказаний діапазон температур (300 – 2100 К) визиває високу частоту коливань, то в якості аналого-цифрового перетворювача (АЦП) доцільно вибрати цифровий частотомір середніх значень.

2. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АЦП

Принцип дії цих АЦП грунтується на підрахунку імпульсів, частота слідування яких f пропорційна вимірюваній величині за чітко визначений інтервал часу Т₀ [2]. Т₀ – ще називають зразковим часовим інтервалом.

Структурна схема цифрового частотоміра середніх значень наведена на рисунку 2.1 , а часові діаграми роботи – на рисунку 2.2.

T ₀

f _кв

F – формувач імпульсів; Т – RS-тригер; SW1 iSW2 – схеми збігу; G – генератор стабільної частоти, ПЧ – подільник частоти; ЛТ – лічильник; ВП – відліковий пристрій

Рисунок 2.1 - Структурна схема цифрового частотоміра середніх значень

Схема починає працювати за командою “Пуск”, яка встановлює тригер Т у стан логічної одиниці і таким чином відкриває схеми збігу SW1 і SW2. Імпульси, які слідують із частотою fx через формувач Fі відкриту схему збігу SW1, надходять на вхід двійкового лічильника ЛТ, який їх підраховує. В цей самий момент часу через відкриту схему збігу SW2 імпульси зразкової частоти f ₀ з виходу генератора G надходять на вхід подільника частоти ПЧ.

Тх = 1/fх

U

T0

1

Пуск

t

2 t

3 t

Рисунок 2.2 - Часові діаграми роботи частотоміра середніх значень

Коефіцієнт поділу подільника розраховують з урахуванням забезпечення потрібного часового інтервалу Т₀ . Після закінчення зразкового часового інтервалу заднім фронтом імпульсу T ₀ тригерT встановлюється у стан логічного нуля, що закриває схеми збігу SW1 і SW2 і в лічильнику фіксується двійковий код N

N = = T ₀ f_x , (2.1)

ДеT ₀ – зразковий часовий інтервал;

f_x – вимірювана частота.

Дана рівність є рівнянням перетворення частотоміра, оскільки вона характеризує, яким чином пов’язані між собою вихідна N і вхідна вимірювана величина f_x .

З рівнянням перетворення частотоміра випливає, що число імпульсів пропорційне частоті f_x і статична характеристика лінійна (рисунок 2.3).

N_x

f_x

Рисунок 2.3 - Статична характеристика частотоміра

Рівняння похибки цифрового частотоміра середніх значень буде мати вигляд

δ = 1 / N = , (2.2)

тому залежність похибки квантування від частоти f_x буде нелінійною (рисунок2.4).

d