Разработка измерительного преобразователя для термопреобразователя сопротивления (тип используемого преобразователя - на основе материала Pt, Cu, Ni)

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О. СУХОГО

КАФЕДРА «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

«САПР устройств промышленной электроники»

«РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ  ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ»

СОДЕРЖАНИЕ^*

1. Исходные данные для проектирования.

2. Эквивалентная схема измерения температуры с использованием термопреобразователя сопротивления.

3. Эквивалентная схема термопреобразователя сопротивления.

4. Функциональная схема измерительного преобразователя.

5. Модель термопреобразователя сопротивления.

6. Схема электрическая принципиальная.

7. Расчет измерительного преобразователя на влияние температуры окружающей среды.

8. Расчет измерительного преобразователя на влияние разброса компонентов.

9. Список используемой литературы.

1. Исходные данные для проектирования

Исходными данными для проектирования измерительного преобразователя (ИП) являются следующие.

1) Тип используемого преобразователя (Pt, Cu, Ni).

2) Сопротивление термопреобразователя при 0^o C, R0.

3) Номинальное значение отношения сопротивлений W100 соответственно при 100^o C и при 0^o C.

4) Сопротивление одного провода линии связи, Rлс.

5) Максимальная разница в сопротивлении проводов линии связи, DRлс.

6) Диапазон измеряемых температур, DТ.

* Выполнение п.п. 7, 8 для студентов заочной формы обучения не является обязательным

7) Информационная форма и диапазон изменения выходного сигнала ИП.

8) Эквивалентное значение напряжения помехи нормального вида Uнв промышленной частоты 50 Гц, наведенной на вход ИП – для всех вариантов 50 мВ (действующее значение).

9) Разность потенциалов между точками заземления ИП и защитной арматурой термопреобразователя сопротивления (помеха общего вида Uов промышленной частоты 50 Гц) – для всех вариантов 25 В (действующее значение).

10) Предел допускаемой основной погрешности ИП γ_доп (класс точности ИП) – для всех вариантов 0.5 %.

11) Рабочий диапазон температуры ИП – для всех вариантов (0..60)^o  C.

12) Дополнительная погрешность ИП от влияния температуры окружающей среды – для всех вариантов – не более 0.5γ_доп /10^o C.

Данные пунктов 1 – 5 находятся из табл. 1, данные пунктов 6, 7 находятся из табл. 2.

Таблица 1

Тип используемого термопреобразователя

и параметров линии связи

Порядковый  номер по журналу	Материал используемого термопреобразователя	R0, Oм	W100	Rлс, Ом	DRлс max, Ом
1;15	Pt	10	1.385	3	0.3
2;16	Pt	10	1.391	3	0.3
3;17	Pt	50	1.385	25	1.5
4;18	Pt	50	1.391	25	1.5
5;19	Pt	100	1.385	30	3.0
6;20	Cu	100	1.428	30	3.0
7;21	Cu	10	1.426	3	0.3
8;22	Cu	10	1.428	3	0.3
9;23	Cu	50	1.426	25	1.5
10;24	Cu	50	1.428	25	1.5
11;25	Cu	100	1.426	30	3.0
12;26	Cu	100	1.428	30	3.0
13;27	Ni	100	1.617	25	1.5
14;28	Ni	100	1.613	30	3.0

Таблица 2

Информационная форма выходного сигнала

измерительного преобразователя и

диапазон измеряемых температур

Номер группы	Выходной сигнал измерительного преобразователя	Диапазон измеряемых температур, oC *
1 с порядковыми номерами от 1 по 14	(0..10) В	-200..+200
1 с порядковыми номерами от 15 до 28	(0..10) мА	0..+200
2 с порядковыми номерами от 1 до 14	(-10..10) мА	-50..+150
2 с порядковыми номерами от 15 до 28	(0..10) В	-150..+150
3 с порядковыми номерами от 1 до 14	(0..10) В	-100..+250
3 с порядковыми номерами от 15 до 28	(4..20) мА	-150..+50

* – для всех вариантов с материалом термопреобразователя Ni диапазон измеряемых температур составляет (0..+180) ^oC.

2. Эквивалентная схема измерения температуры с

использованием термопреобразователя сопротивления

Эквивалентная схема измерения температуры представлена на рис. 1, где приняты следующие обозначения:

  Рис.1. Эквивалентная схема измерения температуры

с использованием термопреобразователя сопротивления

ИП – измерительный преобразователь;

ОИ – объект измерения;

ЗА – защитная арматура чувствительного элемента термопреобразователя сопротивления (ТПС);

ЧЭ – чувствительный элемент ТПС;

ЛС – линия связи;

Rлс – сопротивление линии связи;

Rиз – сопротивление изоляции между ЧЭ и ЗА ТПС;

С пар – паразитная емкость между ЧЭ и ЗА, обусловленная конструктивными особенностями ТПС;

Uов – напряжение между землями ИП и ЗА ТПС (помеха общего вида);

Uнв – эквивалентное напряжение помехи, приложенное к входу ИП (помеха нормального вида);

ИТ – источник тока ИП, при помощи которого запитывается ТПС;

ВУ – входной усилитель, усиливающий падение напряжения на ТПС.

Паразитная емкость и сопротивление изоляции принимаются равными соответственно 1нФ и 500 кОм.

3. Эквивалентная схема термопреобразователя

сопротивления

Эквивалентная схема ТПС представлена на рис. 2, где приняты следующие обозначения:

Рис. 2. Эквивалентная схема ТПС

РС – резьбовое соединение;

КК – клеммная колодка;

ПЧ – погружаемая часть ТПС;

ЧЭ – чувствительный элемент ТПС;

ЗА – защитная арматура ЧЭ ТПС.

4. Функциональная схема измерительного преобразователя

Функциональная схема ИП представлена на рис. 3, где приняты следующие обозначения:

 

Рис. 3. Функциональная схема измерительного преобразователя температуры (пунктиром показаны блоки и связи, местоположение или необходимость наличия которых определяется при проектировании)

ИТ – источник тока, служащий для задания рабочего (измерительного) тока через ТПС;

ИОН – источник опорного напряжения, служащий для задания уровня тока через ТПС и для формирования необходимого напряжения смещения  диапазона выходного сигнала;

ВУ – входной усилитель, необходимый для преобразования падения напряжения на ТПС в требуемое напряжение;

ФПС – фильтр постоянной составляющей, необходимый для снижения влияния напряжений Uов и Uнв на результат измерения;

Сум – сумматор, необходимый для смещения выходной характеристики измерительного преобразователя;

ПНТ – выходной преобразователь «напряжение-ток», необходимый для получения информационного выходного сигнала в виде постоянного тока.

ТПС – термопреобразователь сопротивления;

ЛС – линия связи между ТПС и ИП.

5. Модель термопреобразователя сопротивления

Модель ТПС задается в виде пассивного элемента сопротивления с учетом заданного ТКС, находимого по W100. По заданному диапазону измерения температур, типу термометра и с учетом допускаемой погрешности ИП (γ_доп) необходимо выбрать требуемый класс допуска ТПС по табл. 3. Затем по известному классу и типу термопреобразователя из табл. 4 выбираются предельные допускаемые отклонения сопротивления ТПС при 0^o C  (R0),  в %  от номинального значения.

Таблица 3

Основные характеристики ТПС

Тип ТПС	Наименование характеристик, размерность	Значение характеристик
Pt	Диапазон измеряемых температур, oC	–260...+1100
	Класс допуска	А, В, С
	Предел допускаемого отклонения сопротивления от номинальной статической характеристики преобразования (НСХ) для соответствующих классов допуска, oC:
	A	±(0.15+0.002|t|) от –220 до +850 oC
	B	±(0.3+0.005|t|) от –220 до +1100 oC
	C	±(0.6+0.008|t|) от –100 до +300 oC от 850 до 1100 oC
Cu	Диапазон измеряемых температур, oC	–200...+200
	Класс допуска	А, В, С
	Предел допускаемого отклонения сопротивления от номинальной статической характеристики преобразования (НСХ) для соответствующих классов допуска, oC:
	A	±(0.15+0.002|t|) от –50 до +120 oC
	B	±(0.25+0.0035|t|) от –200 до +200 oC
	C	±(0.5+0.0065|t|) от –200 до +200 oC
Ni	Диапазон измеряемых температур, oC	–60...+180
	Класс допуска	С
	Предел допускаемого отклонения сопротивления от номинальной статической характеристики преобразования (НСХ) для соответствующих классов допуска, oC:
	C	±(0.3+0.0165|t|) от –60 до 0 oC ±(0.3+0.008|t|) от 0 до 180  oC

Таблица 4

Допускаемые отклонения сопротивления ТПС

при 0^o C (R0) от номинального значения

Тип ТПС	Допускаемое отклонение сопротивления R0, % для различных классов допуска
	А	В	С
Pt	0.05	0.1	0.2
Cu	0.05	0.1	0.2
Ni	–	–	0.24

6. Схема электрическая принципиальная

Схема электрическая принципиальная рассчитывается из условия получения минимальной погрешности преобразования. Суммарная основная погрешность измерительного преобразователя (γ_доп), выраженная в виде приведенной погрешности в процентах от нормирующего значения, должна быть не более 0.5 %. Целесообразно проводить моделирование каждого из рассчитываемых блоков ИП в MicroCAP, а затем последовательно «собирать» все блоки в общую схему,  контролируя значения и диапазон выходных сигналов. После проведения расчета анализируется, какой из блоков вносит максимальный вклад в суммарную погрешность преобразователя и, при необходимости, в схему вносятся