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 +600оС.
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;
U/U – вторинний вимірювальний перетворювач підсилювач напруги;
МХ – мультиплексор;– аналого-цифровий перетворювач - це функціональний пристрій, призначений для перетворення аналогової величини, а в даному випадку постійної напруги в цифровий код;
MCU – мікроконтролер;
USART/RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
РС – персональний комп’ютер, або інша обчислювальна машина.
Принцип роботи вимірювальної системи полягає в наступному: по шести каналам проводяться вимірювання шести різних рівнів температури. На вхід первинного перетворювача поступає температура, яка перетворюється в напругу, після чого вторинний перетворювач підсилює дану напругу, яка подається на мультиплексор. З мультиплексора інформація потрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформація з АЦП знімається мікроконтролером і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.
Дана схема забезпечує високу точність вимірювання, але має невисоку швидкодію та великі габарити, а також має достатньо високу собівартість.
Реалізацію другої структурної схеми представлена на рисунку 2.2
Рисунок 2.2 – Другий варіант реалізації структурної схеми системи для вимірювання температури
Позначення на схемі:
T/U – первинний вимірювальний перетворювач температури в напругу;
U/U – вторинний вимірювальний перетворювач підсилювач напруги; –аналого-цифровий перетворювач - це функціональний пристрій, призначений для перетворення аналогової величини, в даному випадку постійної напруги в цифровий код;
MCU – мікроконтролер;
USART/RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
РС – персональний комп’ютер, або інша обчислювальна машина.
Принцип вимірювального перетворення в наведеній схемі такий же як і в попередній з тією лише різницею що перетворений сигнал з кожного вимірювального каналу відразу подається на окремий АЦП. З АЦП вимірювальна інформація знімається мікроконтролером і за допомогою інтерфейсу передачі даних передається на ПК.
Наведена система має високу швидкодію, але в той же час підвищується її собівартість через те що в даній схемі використовується велика кількість АЦП з однаковими параметрами. Виготовлення АЦП з однаковими параметрами є досить складним і дорогим процесом.
Третя структурна схема приведена на рисунку 2.3.
Рисунок 2.3 – Третій варіант реалізації структурної схеми системи для вимірювання температури
Позначення на схемі:
V/^ – датчик, призначений для вимірювання температури;
МХ – мультиплексор;– аналого-цифровий перетворювач - це функціональний пристрій, призначений для перетворення аналогової величини, в даному випадку постійної напруги в цифровий код;
MCU – мікроконтролер;
USART/RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
РС – персональний комп’ютер, або інша обчислювальна машина.
Принцип роботи наведеної схеми полягає в тому що вимірювана величина вимірюється і перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою спеціального датчика, потім подається на мультиплексор. З мультиплексора інформація потрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформація з АЦП знімається мікроконтролером і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.
Дана схема має високу швидкодію, зменшує габаритність системи, але підвищується її собівартість за рахунок первинних датчиків.
Для того, щоб порівняти вище наведені структурні схеми занесемо основні параметри системи до таблиці і порівняємо (таблицю 2.1).
Таблиця 2.1 – Порівняння структурних схем
Обчислимо узагальнений коефіцієнт якості, який знаходиться за наступною формулою:
. (2.1)Узагальнений критерій якості першої схеми:
.Узагальнений критерій якості другої схеми:
.Узагальнений критерій якості третьої схеми:
Як бачимо з розрахунків, критерій якості третьої схеми більший, ніж для інших структурних схем. Виходячи з цих розрахунків можна зробити висновок, що для поставленої нами задачі більше підходить структурна схема, представлена на рисунку 2.3.
Отже, ми запропонували оптимальний варіант структурної схеми. Використаємо цю схему для побудови електричної принципової схеми системи, що розробляється.
2.2 Оптимальний варіант структурної схеми
На основі попередніх досліджень проведених вище. Ми зробили
висновок, що наша система буде розроблятися за такою схемою як зображена на рисунку 2.3. Система побудована за такою схемою матиме найкращі технічні характеристики та задовольнятиме технічним вимогам поставленим в завданні (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 – Структурна схема системи для вимірювання температури
Отже, інформаційно – вимірювальна система вимірювання температури матиме вигляд :
Т/^ – датчик, призначений для вимірювання температури;
Мх – мультиплексор;
– аналого-цифровий перетворювач - це функціональний пристрій, призначений для перетворення аналогової величини, в даному випадку постійної напруги в цифровий код;MCU – мікроконтролер;
USART/RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;
РС – персональний комп’ютер, або інша обчислювальна машина.
Розглянемо детальніше переваги і роботу системи для вимірювання температури. Обрана схема має ряд переваг над попередніми, головною перевагою даної реалізації схеми є простота в реалізації схеми, для розробки цієї схеми ми затратимо набагато менше конструкторських зусиль, але це призвело до того, що більшої уваги прийдеться затратити на написання програмного забезпечення і забере більше часу у програмістів для реалізації програмування мікроконтролера. Але, завдяки того, що дана схема має малу кількість комплектуючих деталей вона є більш завадостійкою, як наслідок отримання реального сигналу спрощується. Це в свою чергу призводить до того, що точність та надійність цієї системи збільшується. А також дана схема має набагато менше енергоспоживання ніж вище розглянуто.
