Технические измерения и приборы (Принципы построения многоканальных измерителей температуры, шифраторов приращения и абсолютных шифраторов): Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

А.К. МУСОЛИН, В.А. ЛАШИН, Е.М. КУЗЬМИНА

ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ

                                   Учебное пособие

Рязань 2004

УДК 681.3

Технические измерения и приборы: Учеб. пособие / А.К. Мусолин, В.А. Лашин, Е.М. Кузьмина; Рязан. гос. радиотехн. акад. Рязань, 2004. 48 с.

Рассмотрены принципы построения многоканальных измерителей температуры, шифраторов приращения и абсолютных шифраторов, а также основы применения логических контроллеров и их программирование методом функционально-блоковых диаграмм.

Предназначено для студентов специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Ил. 41. Библиогр.: 6   назв.

Измерение, температура, контроллер, точность, шифратор, перемещение, абсолютный шифратор, программирование, функциональный  блок, диаграмма

Печатается по решению методического совета Рязанской государственной радиотехнической академии.

Рецензент: кафедра АИТП РГРТА

М у с о л и н  Александр Константинович

Л а ш и н  Виктор Александрович

К у з ь м и н а  Екатерина Михайловна

Технические измерения и приборы

                                         Редактор И.П. Перехрест

                                         Корректор Е.В. Ипатова

                                        Лицензия № 020446

Подписано в печать 20.11.04. Формат бумаги 60х84 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 3,0.

Уч.-изд. л. 3,0. Тираж 80 экз. Заказ

Рязанская государственная радиотехническая академия.

390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно-издательский центр РГРТА.

                                                                    ©  Рязанская государственная

                                                             радиотехническая академия, 2004                      

Введение

В промышленной автоматике уже давно существует полная гамма средств Государственной системы приборов (ГСП), достаточных для  удовлетворения большинства производственных потребностей [1].

Однако сам факт существования таких приборов не может снизить инте­реса к разработке и созданию систем подобного функционального назначения, но использующих новые возможности, которые открылись перед разработчи­ками благодаря  достижениям микроэлектроники, созданию  персональных ЭВМ и микро­контроллеров.

Целью данного пособия является оказание помощи студентам, изучающим курс “Технические измерения и приборы”, в освоении лекционного мате­риала и отдельных вопросов лабораторного практикума. Содержание учебного пособия составило рассмотрение трёх тем:

· многоканальная система контроля и регулирования темпе­ратуры с использованием в качестве первичных преобразователей термопар. Инструментальным средством исследования выбран пакет схемотехнического моделирования  Micro-Cap V;

· датчики приращения и абсолютные шифраторы;

· логические контроллеры.

ТЕМА 1. Многоканальная система контроля

 и регулирования температуры

1. 1.  Получение датчика температуры

Принцип работы термопар

Известно [1, 6], что в цепи, составленной из двух неоднородных провод­ников, когда одни их концы сварены, а другие  – свободны, при нагревании  спая 1 (рис.1) на свободных концах   2 возникает разность потенциалов Е_AB.

Эту раз­ность потенциалов называют термоэдс, а сам прибор - термопарой.  Полярность получаемой эдс определяется свойствами материалов электродов А и B.

Причина появления термоэдс заключается в том, что концентрации свободных электронов в разных материалах различны. Создается своеобразный «электронный газ», давления которого в разных металлах из-за различных кон­центраций электронов также неодинаковы. Поэтому при соприкосновении ме­таллов  в  месте  спая  электроны из  металла с боль-

        Рис. 1        

шим давлением переходят в ме­талл с меньшим давлением, создавая избыток   положительного потенциала в од­ном металле и отрицательного – в другом.

Величина получающейся эдс пропорциональна разности температур го­рячего (1) и холодного (2) спаев:

Е_AB   = (К/е) [ln (n_A / n_B)] (t  -  t₀ ) =  C  (t  -  t₀),

где К – постоянная Больцмана, е – абсолютная величина заряда электрона, n_A  и n_B   -концентрации свободных электронов в металлах А и В, а t и t₀ -темпера­туры горячего и холодного спаев соответственно.

Характеристики существующих термопар во многом определяются свойствами применяемых термоэлектродных материалов, но создать термопару, пригодную для работы в большом температурном диапазоне и в любой среде, не удается из-за отсутствия материалов, которые полностью удовлетворяли бы целому ряду подчас взаимоисключающих требований. Поэтому создано несколько типов стандартных термопар, с помощью которых можно измерять температуры различных сред и в различных пределах.

Каждый из типов характеризуется так называемой номинальной статической характеристикой (НСХ), отечественное и зарубежное (в скобках) обозначения которой различны.

Порядок  величин термоэдс различных термопар обычно не превышает нескольких десятков милливольт, которые определяют область возмож­ных применений термопар различных типов.

Для практического использования термопар в качестве первичных датчиков температуры необходимо учитывать следующее.