Выбор измерительного преобразователя

Курсовой проект

Разработка устройства для контроля неэлектрической величины

 

 

 

Содержание

Задание, исходные данные

Введение

1. Выбор измерительного преобразователя

2. Расчет цепи предварительного преобразования

2.1 Выбор схемы цепи предварительного преобразования

Расчет параметров цепи предварительного преобразования

3. Расчет согласующей цепи

3.1 Выбор схемы согласующей цепи

Выбор допустимой погрешности согласующей цепи и добавочного резистора

Расчет сопротивления добавочного резистора:

Расчет мощности добавочного резистора

Расчет параметров цепи обратной связи

Расчет мощности резисторов обратной связи

3.7 Класс точности резисторов обратной связи

3.8 Мощность измерительного механизма

3.9 Расчет мощности усилителя:

4. Полная схема измерительного устройства

5. Спецификация

 

Задание

Разработать принципиальную схему и рассчитать параметры составных элементов устройства для контроля отклонения от номинального значения неэлектрической величины X.

Дать описание структурных схем измерительных цепей, указать их применение и выбрать схему, соответствующую заданию.

Выбор измерительного преобразователя

Описать принцип действия и конструктивное исполнение измерительных преобразователей, с помощью которых можно измерить заданную контролируемую неэлектрическую величину. Выбрать конкретный вид преобразователя для своей работы.

Расчет цепи предварительного преобразования.

Дать описание видов цепей предварительного преобразования и их характеристик.

Выбрать схему предварительного преобразования. Рассчитать параметры цепи предварительного преобразования.

Расчет согласующей цепи

Дать описание видов согласующей цепи и их характеристик, выбрать схему согласующей цепи и рассчитать её параметры.

Спецификация

Исходные данные

1. Неэлектрическая величина - Т (температура)

2. Доп. отклонение неэлектрической величины - δ_{x =}50%

3. Номинальное сопротивление измерительного преобразователя - 600 Ом

4. Чувствительность измерительного преобразователя к изменению контролируемой величины - Sпр = 4

5. Погрешность измерительного преобразователя - δ_пр = 0,6%

.   Мощность измерительного преобразователя - P_пр = 0,5 Вт

.   Коэффициент усилении усилителя - K_ус =600

.   Погрешность усилителя - 30%

.   Верхний предел измерения по напряжению выходного измерительного механизма - Uнmax = 300мВ

10. Верхний предел измерения по току выходного измерительного механизма - Iнmax = 30мА

11. Класс точности выходного измерительного механизма - Kт = 0,2%

.   Общая погрешность устройства - δоб = 2,5%

 

В наличии имеются набор постоянных и переменных резисторов

 

с сопротивлением

R, Ом

5050

10100100

20200

500

600

1000

 

классами точности

Кт

00,2

0,5

1

1,1,5

 

мощностями

P, Вт

0,1

0,2

0,5

1

2

 

 

Введение

 

1. Измерительные цепи с генераторными преобразователями

Генераторные преобразователи сами генерируют выходную ЭДС под действием измеряемой неэлектрической величины

Эта ЭДС может измеряться непосредственно измерительным механизмом, если он имеет высокую чувствительность. Если чувствительность прибора недостаточна, то используют согласующую цепь в виде усилителя.

 

 

2. Измерительные цепи с параметрическими преобразователями

Выходной величиной параметрического преобразователя является параметр электрической цепи (R), и для построения измерительной цепи этот параметр необходимо преобразовать в электрический сигнал.

Такое преобразование осуществляется с помощью цепей, которые называют цепями предварительного преобразования.

Выходной сигнал цепи может измеряться непосредственно измерительным механизмом, если он достаточно чувствителен или используется согласующая цепь.

 

 

Выбор измерительного преобразователя

 

Измерение температуры можно осуществить с помощью измерительных преобразователей неэлектрических величин.

По виду выходной электрической величины преобразователи разделяют на параметрические и генераторные. У параметрических преобразователей, выходным сигналом является параметр электрической цепи, а в генераторных преобразователях выходной величиной является ЭДС.

Генераторные преобразователи сами генерируют выходную ЭДС под действием измеряемой неэлектрической величины. Эта ЭДС может непосредственно измеряться измерительным прибором. В этом случае измеряется полное значение контролируемой неэлектрической величины. Т.к нам необходимо определить отклонение от номинального значения неэлектрической величины, используем параметрические преобразователи, которые могут измерять отклонение от номинального значения. Выходной величиной параметрического преобразователя является параметр электрической цепи -R.

Способ измерения температуры с помощью термопары не подходит, т.к они относятся к генераторным преобразователями, выходной величиной которых является ЭДС

Для измерения температуры используем терморезисторы.

Их принцип действия основан на зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры.

В проводниковых преобразователях с увеличением температуры сопротивление возрастает, т.к усиливаются колебания атомов кристаллической решетки металла, что приводит к снижению подвижности электронов.

В ограниченном диапазоне температур эта зависимость носит линейный характер

ρ =ρ₀ (1+α_ρ ∆T⁰)

 

ρ-удельное сопротивление металла

α_ρ-температурный коэффициент сопротивления

Сопротивление проводников изменяется по линейному закону:

 

 

В полупроводниковых преобразователях с ростом температуры, под действием тепловой энергии происходит термоионизация атома полупроводника, что приводит к росту зарядов, способных преодолеть запрещенную зону и росту их подвижности.

Это приводит к увеличению электропроводимости и уменьшению сопротивления.

Эта зависимость определяется формулой:

 

ρ =ρ₀ e^-kT

 

k- пост коэффициент

 

 

Терморезистор помешают в те точки объекта, температуру которого хотят измерить, измеряют его сопротивление, а затем с помощью его температурной кривой по измеренному значению сопротивления определяют его температуру, а затем температуру точки контролируемого объекта.

Конструкция терморезисторов:

а) Проводниковые проволочные

 

 

Двойная обмотка исключает индуктивное сопротивление измерителя.

б) Проводниковые малогабаритные

 

 

в) Полупроводниковые

 

 

Материалы терморезисторов

а) Проводниковые

Ni (до +150⁰)- никель

Cu (до +200⁰)-медь

W (до +400⁰)-вольфрам

Pt (до +650⁰)-платина

б) Полупроводниковые

Медномарганцевый терморезистор

Кобальтомарганцевый терморезистор.

Выбираем проводниковый терморезистор

Выходной величиной параметрического преобразователя является параметр электрической цепи (R), и для построения измерительной цепи этот параметр необходимо преобразовать в электрический сигнал. Такое преобразование осуществляется с помощью цепей, которые называют цепями предварительного преобразования.

неэлектрический конструктивный измерительный преобразователь

2. Расчет цепи предварительного преобразования: