Цифровий термометр

Міністерство освіти і науки України

Вінницький державний технічний університет

Факультет АКСУ

Кафедра МПА

Курсова робота

Тема: ЦИФРОВИЙ ТЕРМОМЕТР

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ

 

Вихідні дані

фізична величина – температура;

діапазон вимірювання – 600 ÷1000 ^оС ;

похибка – 5%;

тип засобу вимірювання – цифровий термометр;

тип вимірювального перетворювача – термопара;

тип АЦП – вольтметр час-імпульсного перетворення.

Зміст графічної частини

функціональна схема цифрового термометра

Зміст пояснювальної записки

вступ, аналітичний огляд первинних перетворювачів температури, розробка структурної схеми, розробка функціональної схеми цифрового термометра, висновки, література, додаток.

ЗМІСТ

ВСТУП

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПЕРВИННИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ТЕМПЕРАТУРИ

1.1 Еталони температур

1.2 Термометри опору

1.3 Кварцеві і термотранзисторні термометри

1.4 Пірометри випромінювання

1.5 Термопари

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ

3 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ЦИФРОВОГО ТЕРМОМЕТРА

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

 

Температура – це величина, яка характеризує теплову рівновагу системи. В усіх частинах системи, яка знаходиться в тепловій рівновазі, температура однакова і відраховується від стану, прийнятого за нульовий.

У молекулярно-кінетичній теорії температура – це величина, що визначається середньою кінетичною енергією частинок, з яких складається система (Е = kT).

Температура вимірюється рідинними або газовими термометрами, відповідно градуйованими. Висока температура вимірюється оптичними термометрами (за спектром випромінювання) або електричними термометрами (напівпровідникові термістори, термопари).

У міжнародній шкалі температур за нуль прийнята температура танення льоду при нормальному атмосферному тиску, за 100^о – температура парів киплячої води при нормальному атмосферному тиску. 1/100 цього інтервалу – це 1 ^оС (Цельсія). Позначається t ^oC.

Для реалізації такої температурної шкали використовують термометри, принцип дії яких оснований на властивостях розширення різних речовин під дією температури. Внаслідок того, що коефіцієнти розширення термометричних речовин дещо змінюються в залежності від температури, то показання таких термометрів співпадають лише в реперних точках.

Єдина температурна шкала, яка не залежить від виду і властивості термометричної речовини, була розроблена Кельвіним і основана на законах термодинаміки, в часності на властивостях ідеальної теплової машини, що працює по циклу Карно. Така шкала називається термодинамічною.

У термодинамічній шкалі температур за нуль прийнята температура, при якій би припинився тепловий рух частинок, з яких складається тіло.

Ця температура називається абсолютним нулем температур. Вимірюється в кельвінах (К), 1К = 1 ^оС. Позначається Т.

Т = (273,15 + t)К, оскільки абсолютний нуль за міжнародною шкалою дорівнює –273,15 ^оС.

Наряду з вказаними температурними шкалами ще знаходять своє використання такі шкали, як шкала Реомюра (1 ^oR = 1,25 ^oC) та шкала Фаренгейта (1F = 5/9 ^oC).

В рішенні Міжнародного комітету мір і ваги термодинамічна температурна шкала признана основною.

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПЕРВИННИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ТЕМПЕРАТУРИ

 

1.1  Еталони температур

 

В діапазоні між 13,81 К і 630,74 ^оС в якості еталонного приладу використовують платиновий термометр опору. Елемент опору термометра повинен бути виготовлений із чистої платини, відпалювальною і вільною від натягу. Відносний опір W(T₆₈), визначається виразом

W(T₆₈) = R(T₆₈)R(273,15K),

де R – опір термометра, не повинен бути менше 1,39250 при T₆₈ =373,15К.

Нижче 0 ^оС залежність опір – температура термометра визначають за допомогою основної функції і спеціалізованих функцій відхилення. В інтервалі між 0 ^оС і 630,74 ^оС залежність опір – температура визначають два полінома.

В діапазоні між 630,74 ^оС і 1064,43 ^оС еталонним приладом служить термопара з електродами із платинородій (10% родія) – платини, для якої залежність електрорушійна сила – температура представлена рівнянням другої степені.

Вище 1337,58 К (1064,43 ^оС) Міжнародну практичну температурну шкалу визначають за допомогою закону випромінювання Планка при 1337,58 К в якості вихідної температури і значення с₂ = 0,014388 м·К.

1.2 Термометри опору

Термометри опору призначені для вимірювання температури, робота яких основана на зміні опору чутливого елемента від температури.

Термометри опору складаються із термоперетворювача (терморезистора), защитного чохла і з’єднувальної головки. Чутливий елемент металевого термометра опору являє собою обмотку на теплостійкому ізольованому каркасі із тонкої мідної, платинової, вольфрамової або молібденової проволки.

Діапазон вимірювання температур металевих термометрів опору типу ТСП від мінус 200 до плюс 650 ^оС, а типу ТСМ від мінус 50 до плюс 180 ^оС.

Чутливий елемент напівпровідникового термометра опору виконаний у вигляді шайби або бусинки із напівпровідникового металу (мідно-маргенцеві, кобальто-маргенцеві порошки з добавками).

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 1.1).

Рисунок 1.1 – Мостова схема включення термометра опору

 

Умовою рівноваги мостової схеми є рівність добутків опорів протилежних плеч

R₁ · R₃ = R₂ · R_t. (1.1)

Величина порушення цієї умови рівноваги фіксується вимірювальним приладом ВП.