Розробка цифрового термометру

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ

Назва курсової роботи - Цифровий термометр

Вихідні дані: фізична величина – температура;

діапазон вимірювання від 300 до 2100 ^оК ;

похибка – 0,5%;

тип засобу вимірювання – цифровий термометр;

тип вимірювального перетворювача – п’єзо;

тип АЦП – цифровий частотомір середніх значень;

Зміст графічної частини: функціональна схема цифрового термометра

Зміст пояснювальної записки: вступ, огляд первинних перетворювачів вимірюваної фізичної величини, розробка структурної схеми АЦП, розробка функціональної схеми цифрового термометра, висновки, література, додаток.

ВСТУП

В число величин, одиниці яких покладені в основу Міжнародної системи одиниць СІ, входить також термодинамічна температура, яку позначають символом Т і виражають в кельвінах (позначення К). Найменування дано по імені англійського вченого В.Кельвіна (1824-1907).

Кельвін – одиниця термодинамічної температури – 1/273,16 частина термодинамічної температури тройної точки води.

Кельвін як одиниця температурного інтервалу дорівнює 1/273,16 частини інтервалу термодинамічної температури між абсолютним нулем і тройною точкою води.

Тройна точка води – точка рівноваги води в твердому, рідкому і газоподібному стані.

В термодинамічній температурній шкалі нижньою межею являється абсо-лютний нуль температури (0 К) і основною реперною точкою – тройна точка води (273,15 К). Позначається Т. Вважається, що при такій температурі припи-няється тепловий рух частинок, з яких складається тіло.

Абсолютний нуль за міжнародною шкалою дорівнює –273,15 ^оС (Цельсія).

Цельсій А. (1701-1744) – шведський астроном і фізик, який запропонував температурну шкалу, в якій 1 градус (1 ^оС) дорівнює 1/100 різниці температур кипіння води і танення льоду при атмосферному тиску. Позначається t ^oC.

Температурні шкали Кельвіна і Цельсія пов’язані формулою

Т = (273,15 + t)K.

1. ОГЛЯД ПЕРВИННИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ВИМІРЮВАНОЇ ФІЗИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ

1.1 Державні еталони температур

Для точного здійснення термодинамічної температурної шкали викорис-товують еталонні газові термометри.

Азотний газовий термометр постійного об’єму створений для визначення термодинамічної температури деяких реперних точок. Прилад має платиноіридієвий резервуар місткістю 0,2 дм³ і призначений для роботи в області високих температур. Відношення вредного об’єму термометра до місткості робочого резервуару складає 0,02.Тиск газу вимірюється ртутним манометром. Похибка вимірювання термодинамічної температури в точці плавлення льоду ±0,013 К, в точці плавлення золота ±0,2 К.

В інших газових термометрах для вимірювання температур від 90 до 1373К використовується спеціально розроблена роздільна камера, яка являє собою нульовий мембранний манометр, похибка якого не перевищує ±0,13 Па. Використання роздільної камери дає газовому термометру ряд метрологічних переваг, основні з яких – захист робочого газу від забруднення ртуттю і забезпечення умов для підвищення точності основного манометра газового термометра. В газовому термометрі використовуються кварцеві резервуари, заповнені чистим азотом. Похибка вимірювання термодинамічної температури газовим термометром в точці плавлення цинку ± 0,02 К.

Державний первинний еталон одиниці температури – кельвіна – в діапазоні температур 273,15 – 2800 К складається із комплекса засобів вимірювання, до якого входять:

а) апаратура для здійснення реперних точок: тройної точки води, точки кипіння, точки затвердіння олова, точки затвердіння цинку, точки затвердіння срібла, точки затвердіння золота;

б) платинових термометрів опору, температурних ламп і фотоелектричної апаратури.

Похибка еталону складає від 0,0002 К в тройній точці води до 0,1- 0,4 К в області високих температур.

В діапазоні від 630,74 до 1064,43 ^оС еталоном служить платино-платинородієва термопара.

Температуру вище 1064,43 ^оС визначають із співвідношення спектральної енергетичної яркості випромінювання абсолютно чорного тіла при даній температурі до спектральної енергетичної яркості випромінювання при тем-пературі застигання золота при тій же довжині хвилі.

1.2 Термоелектричні перетворювачі

Термоелектричними перетворювачами є термопари.

Термопара – термочутливий елемент в пристроях для вимірювання температури, системах управління і контролю. Складається з двох послідовно з’єднаних (спаяних) між собою різнорідних провідників або напівпровідників. Якщо спай знаходиться при різних температурах, то в колі термопари виникає термое.р.с., величина якої однозначно пов’язана з різницею температур “гарячого” і “холодного” електродів. Вільні кінці термоелектродів підмикають до вимірювального приладу або до підсилювача напруги.

Для вимірювання термое.р.с., яку розвиває термопара, в її коло вмикають вимірювальний прилад. На рисунку 1.1 зображено основні схеми увімкнення термопар. Найчастіше застосовують схему, зображену на рисунку 1.1,а. Диференціальну термопару використовують для вимірювання різниці темпе-ратур (рисунок 1.1,б).