Принцип работы электрических термометров и создание измерительного преобразователя для датчика термопары
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ары ТХА(К) от температуры) используем данные ГОСТ 3044-84 Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики (табл. 1).
Таблица 1
№ точкитемпература рабочего конца, єСТ. э. д. с., мВ для температуры, єСТ. э. д. с., мВ для температуры, єС идеальной прямойпогрешность нелинейности060024,90224,9020161025,32725,306120,02088262025,75125,710240,04076363026,17626,114360,06164464026,59926,518480,08052565027,02226,92260,0994666027,44527,326720,11828767027,86727,730840,13616868028,28828,134960,15304969028,70928,539080,169921070029,12828,94320,18481171029,54729,347320,199681272029,96529,751440,213561373030,38330,155560,227441474030,79930,559680,239321575031,21430,96380,25021676031,62931,367920,261081777032,04231,772040,269961878032,45532,176160,278841979032,86632,580280,285722080033,27732,98440,29262181033,68633,388520,297482282034,09533,792640,302362383034,50234,196760,305242484034,90934,600880,308122585035,31435,0050,3092686035,71835,409120,308882787036,12135,813240,307762888036,52436,217360,306642989036,92536,621480,303523090037,32537,02560,29943191037,72437,429720,294283292038,12237,833840,288163393038,51938,237960,281043494038,91538,642080,272923595039,31039,04620,26383696039,70339,450320,252683797040,09639,854440,241563898040,48840,258560,229443999040,87940,662680,2163240100041,26941,06680,202241101041,65741,470920,1860842102042,04541,875040,1699643103042,43242,279160,1528444104042,81742,683280,1337245105043,20243,08740,114646106043,58543,491520,0934847107043,96843,895640,0723648108044,34944,299760,0492449109044,72944,703880,0251250110045,10845,1080
Построим график НСХ термопары ТХА(К) для диапазона температур от +600 до +1100 єС с шагом 10єС, пользуясь программой Microsoft Excel.
Рис.1. График зависимости термо-э.д.с. от температуры для датчика ТХА(К)
1.2 Идеальная линейная характеристика
Из курса математики задаемся уравнением прямой вида
:
- Енач и Екон присваиваем значение и соответственно;
- tнач и tкон присваиваем значение и соответственно.
Рис.2. Отклонение НСХ от идеальной прямой
2. Точность преобразования и линейность
Точность учитывает погрешности квантования, нелинейности входных цепей и формирователей, погрешности производственной настройки, шум и кратковременный дрейф параметров. Существуют две разновидности определения точности: абсолютная и относительная точность.
Абсолютная точность это отношение действительного выходного напряжения преобразователя, соответствующего полной шкале, к его расчетному выходному значению.
В АЦП абсолютная точность определяется тремя видами погрешностей: внутренне присущей преобразователям дискретной погрешностью (Ѕ единицы младшего разряда) или погрешностью квантования, аналоговой погрешностью, обусловленной низким качеством элементов схемы (она обычно определяется в виде отношения полной погрешности в процентах ко всему суммарному входному сигналу), и апертурной погрешностью.
Погрешность линейности или нелинейность можно определить как максимальное отклонение любой из этих дискретных точек от прямой линии, проведенной через крайние точки характеристики преобразования. Эти крайние точки устанавливаются потребителем в процессе калибровочной настройки.
Относительная погрешность в АЦП это максимальное отклонение выходных цифровых кодов от прямой линии, проведенной через нуль и точку, соответствующую полной шкале.
Нелинейность преобразователя это отклонение от прямой линии, проведенной через крайние точки характеристики преобразования для заданного диапазона работы.
В нашем случае прямая, соединяющая две крайние точки рабочего диапазона датчика 600 и 1100 єС, является идеальной линейной характеристикой преобразования.
Из графиков (рис.1, рис.2) видно, что максимальное отклонение характеристики датчика от идеальной прямой появляется в значении шкалы 850С и составляет 0,309.
Такое же значение подтверждают математические вычисления в программе Microsoft Excel (из значений идеальной линейной характеристики вычитаются значения НСХ датчика ТХА(К)).
Относительная погрешность это разность между номинальным и действительным отношениями аналоговой величины, соответствующей заданному цифровому входному сигналу, к полной шкале, независимо от калибровки последней.
Максимальная относительная погрешность нелинейности (в %) в диапазоне температур от 600 до 1100 єС, определяется по формуле (1):
или (1)
где
значение идеальной линейной характеристики преобразования для температуры 850 єС;
значение термо-э.д.с. НСХ термопары ТХА(К) для температуры 850 єС;
диапазон значений термо-э.д.с. НСХ термопары ТХА(К) для крайних точек характеристики преобразования .
Итак, максимальная относительная погрешность нелинейности (в %) составит:
Наш измерительный преобразователь должен обеспечивать класс точности 0,25. Также измерительный преобразователь должен обеспечивать запас по погрешности, который должен быть не менее 20%., т.е. 20% от 0,25 составляют 0,05 и тогда точность преобразования должна быть лучше 0,2 (0,25 - 0,05= 0,2).
В нашем случае максимальная погрешность нелинейности составляет 1,53 %, что больше требуемой (0,2%), поэтому необходимо провести линеаризацию для обеспечения заданного класса точности измерения температуры датчика ТХА(К).
3. Разрешающая способность аналого-цифрового преобразования
Разрешающая способность преобразователя есть наименьший уровень входного аналогового сигнала (для АЦП), для которого вырабатывается выходной цифровой код, и наименьший входной цифровой код (для ЦАП), для которого образуется уровень выходного аналогового сигнала. На практике полезная разрешающая способность преобразователя часто оказывается меньше указанной, поскольку она ограничивается из-за воздействия шума, температуры и факторов времени.
Для определения значения полезной разрешающей способности измерительного преоб?/p>