Расчет и разработка термометра для измерения температуры воздуха в салоне автомобиля с цифровым отсчетом

Оглавление.

1. Исходные данные.
2. Обзор существующих методов измерения температуры
3. Создание структурной схемы
4. Создание принципиальной схемы

3.1.  Выбрать активные элементы

3.2.  Рассчитать параметры пассивных элементов

3.3.  Выбрать элементы из стандартного ряда

5. Расчёт погрешностей
6. Выводы по проекту

1.  Исходные данные

Тема работы: Расчёт и разработка термометра для измерения температуры воздуха в салоне автомобиля с цифровым отсчётом.

Исходные данные к работе

-10 - нижний предел измеряемой температуры;

50 - верхний предел измеряемой температуры;

20 - диапазон температур, в котором находится электронно-измерительная аппаратура.

0,5 ºС - абсолютная требуемая погрешность измерений.

Отсчёт: цифровой.

Обзор существующих методов измерения температуры

Принцип действия тепловых преобразователей основан на из­менении свойств металлов и полупроводников при воздействии температуры. Входная (измеряемая) величина таких преобразова­телей — температура. Ее преобразование оценивается по уравне­нию теплового баланса, которое имеет вид

где — теплосодержание преобразователя;  — количество теплоты участвую­щее в обмене с окружающей средой;  - теплота, выделяемая в преобразователе под действием электрического тока.

Согласно этому уравнению при неизменном количестве тепло­ты, участвующей в обмене с окружающей средой, теплосодержание преобразователя определяется только тепловым действием тока. К преобразователям, в которых используется это свойство относятся термопары и терморезисторы (термисторы).

Термопары. Действие термопар основано на термоэлектрическом эффекте. Его сущность состоит в том, что при соединении двух разно­родных металлов или полупроводников в месте их соединения возни­кает термо-ЭДС, зависящая от вида металлов или полупроводников и разности температур места соединения и свободных концов. При изменении температуры места соединения по отношению к свободным концам между ними возникает термо-ЭДС значение которой определяется разностью температур, места соединения и свободных концов:

где  - температурный коэффициент материалов.

Так как значение термо-ЭДС, развиваемой термопа­рой зависит не только от разности температур соеди­ненных и свободных концов, но и от свойств материа­лов при изготовлении преобразователей необходимо сочетать такие материалы, которые имеют возможно большие термо-ЭДС один по отношению к другому. В зависимости от диапазона преобразуемых температур термопары изготовляют из меди и константана (для темпе­ратур до 270 ºС), платинородия и платины (до 1300 °С), платинородия и платиноиридия (до 1800 °С), вольфрама и рения (до 2500 °С) и др.

Для измерения термо-ЭДС, развиваемых термопарами, приме­няют магнитоэлектрические милливольтметры или компенсаторы постоянного тока. Их подключают к свободным концам термопа­ры. Градуируют приборы с термопарами при нулевой температуре свободных концов.

Погрешности измерений температуры при использовании термо­пар возникают в основном вследствие нелинейности функции пре­образования, от изменения температуры свободных концов и воз­никновения паразитных термо-ЭДС. Для линеаризации функции преобразования термопар используют различные способы коррек­ции. Одни из них — автоматическое введение поправки. При изменении температуры свободных концов термопары наруша­ется равновесие моста постоянного тока, состоящего из трех резисто­ров и одного терморезистора RK(резистор с термозависимым сопро­тивлением). Возникающее при этом на измерительной диагонали моста напряжение при изменении сопротивления терморезистора компенсирует ту часть термо-ЭДС, которая обусловлена изменением температуры свободных концов термопары. Эффект термокомпенсации рассмотренной схемы тем выше, чем выше