МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

“КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ”

Факультет электроники

Кафедра звукотехники и регистрации информации

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему

“Устройство для измерения температуры в удаленных точках”

по курсу

“Проектирование устройств регистрации

и сохранения информации”

2009

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит основную часть на листах, таблиц , рисунков .

Объектом исследования является устройство для измерения температуры в удаленных точках.

Методом исследования является теоретическое исследование. В результате выполнения курсового проекта разработана функциональная схема устройства для измерения температуры в удаленных точках.

Использование такого устройства позволяет измерять температуру объекта в диапазоне от 0 до 300 °С с точностью 1% при расположении датчика устройства на расстоянии нескольких метров от объекта.

Область применения: устройство может быть использовано в системах автоматического контроля и других системах которые нуждаются в бесконтактном измерении температуры.

ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК, МИКРОПРОЦЕСОР, АНАЛОГОВОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ЖИДКОКРИСТАЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР, ФИЛЬТР.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

1 Анализ существующих решений

1.1 Способы измерения температуры

1.1.1 Понятие о температуре и температурных шкалах

1.1.2 Классификация термометрических свойств

1.1.3 Термометры расширения

1.1.4 Манометрические термометры

1.1.5 Термоэлектрические термометры

1.1.6 Электрические термометры сопротивления

1.1.7 Бесконтактное измерение температуры

1.1.7.1 Основные понятия и законы излучения

1.1.7.2 Датчики частичного излучения

1.1.7.3 Датчики спектрального отношения

1.1.7.4 Датчики суммарного излучения

1.2 Выпускаемые пирометрические датчики

1.3 Промышленные устройства для дистанционного измерения температуры

2 Обоснование способа построения функциональной схемы устройства

3 Расчеты, подтверждающие работоспособность устройства

3.1 Расчет ФНЧ

3.2 Выбор номинала резисторов ограничивающих ток

3.3 Расчет элементов схемы управления ЗУ

3.4 Расчет аттенюатора и согласующего устройства

Литература

Приложение А. Техническое задание

Приложение Б. Устройство для измерения температуры в удаленных точках.

Схема электрическая функциональная

Приложение В. Устройство для измерения температуры в удаленных точках. Перечень элементов

Приложение Г. Устройство для измерения температуры в удаленных точках. Схема электрическая принципиалная

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

EEPROM	–	Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство);
USB	–	Universal Serial Bus (последовательный интерфейс передачи данных);
АЦП	–	Аналого-цифровой преобразователь;
АЧТ	–	Абсолютно черное тело;
АЧХ	–	Амплитудно-частотная характеристика;
ЖКИ	–	Жидкокристаллический индикатор:
ЗУ	–	Заряджное устройство;
МК	–	Микроконтроллер;
МТШ	–	Международная температурная шкала;
ОУ	–	Операционный усилитель;
СИ	–	Суммарное излучение;
СО	–	Спектральное отношение;
СУ	–	Согласующее устройство;
ТС	–	Термометры сопротивления;
ТСПП	–	Термометры сопротивления полупроводниковые;
ФНЧ	–	Фильтр нижних частот;
ЧИ	–	Частичное излучение;
ЭДС	–	Электродвижущая сила.

ВВЕДЕНИЕ

Температура как физическая величина является одним из определяющих параметров состояния, позволяющих контролировать протекание самых различных производственных процессов. Измерение температуры – важнейший источник информации о ходе физических явлений и об изменении состояния вещества. Поскольку из всех термодинамических функций состояния вещества температура наиболее изучена в метрологическом отношении, ее практически оказывается полезным измерять взамен прямого измерения ряда характеристик объекта, зависящих от его состояния и непосредственно интересующих технолога. К таким характеристикам относятся энергия вещества, его химическая активность, вязкость, твердость, изменение его химического или фазового равновесия, скорость изменения структуры, тепловое расширение, изменение электрических и магнитных свойств и т.д.

В то же время измерению температуры контактными методами с помощью термометров, приводимых в тепловой контакт с объектом измерения, присущи специфические трудности, резко возрастающие по мере повышения температуры. Эти трудности связаны с выбором материала для чувствительного элемента, которые бы обеспечивали стабильность показаний и минимальное воздействие на объект измерений, с выбором изоляционных материалов для электрических термометров. Погрешности, связанные при контактных измерениях с несовершенством теплового равновесия между термометром и объектом, с плохим тепловым контактом и посторонними тепловыми влияниями могут быть значительными.

Измерение температуры по тепловому излучению создает возможность обойти все эти трудности, так как отсутствует прямое воздействие температуры на конструкционные материалы измерительного прибора, а само измерение осуществляется бесконтактно.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ

1.1 Способы измерения температуры

1.1.1 Понятие о температуре и температурных шкалах

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетикой энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют уловную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Все предлагаемы температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой t

где k – коэффициент пропорциональности;

E – термометрическое свойство;

D – постоянная, определяющая начало отсчета шкалы.

Принимая для двух постоянных точек определенные значения температур, можно вычислить постоянные k, D и на этой основе построить температурную шкалу. При изменении температуры коэффициент k меняется, при чем различно для разных термометрических веществ. Поэтому термометры, построенные на базе различных термометрических веществ с равномерной градусной шкалой, давали при температурах, отличающихся от температур постоянных точек, различные показания. Последние становились особенно заметными при высоких (много больших температуры кипения воды) и очень низких температурах.

Термодинамическая шкала тождественна шкале идеального газа, построенной на зависимости давления идеального газа от температуры. Законы изменения давления от температуры для реальных газов отклоняются от идеальных, но поправки на отклонения реальных газов невелики и могут быть установлены с высокой степенью точности. Поэтому, наблюдая за расширением реальных газов и вводя поправки, можно оценить температуру по термодинамической шкале.

В начале XX века широко применялись шкалы Цельсия и Реомюра, а в научных работах – также шкалы Кельвина и водородная. Пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие трудности и приводили к ряду недоразумений. Потому в 1933 году было принято решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ).

Опыт применения МТШ показал необходимость внесения в нее ряда уточнений и дополнений, чтобы по возможности максимально приблизить ее к термодинамической шкале. Поэтому МТШ была пересмотрена и приведена в соответствие с состоянием знаний того времени. В 1960 году было утверждено новое “Положение о международной практической температурной шкале” 1948 года.

1.1.2 Классификация термометрических свойств

Температуру измеряют с помощью датчиков, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных датчиков применяемых в промышленности, при научных исследованиях, для специальных целей.

Перечислим наиболее распространенные термометрические свойства на основе которых функционируют датчики температуры:

– тепловое расширение;

– изменение давления;

– изменение электрического сопротивления;

– термоэлектрические эффекты;

– тепловое излучение.

Примеры устройств для измерения температуры в зависимости от используемого термоэлектрического свойства приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Устройства для измерения температуры

Термометрическое свойство	Наименование устройства
Тепловое расширение	Жидкостные стеклянные термометры
Изменение давления	Манометрические термометры
Изменение электрического сопротивления	Электрические термометры сопротивления.
	Полупроводниковые термометры сопротивления
Термоэлектрические эффекты	Термоэлектрические термометры (термопары) стандартизованные
	Термоэлектрические термометры (термопары) специальные
Тепловое излучение	Оптические пирометры.
	Радиационные пирометры.
	Фотоэлектрические пирометры.
	Цветовые пирометры

1.1.3 Термометры расширения

Самые старые устройства для измерения температуры – жидкостные стеклянные термометры – используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Действие термометров основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой она находится (термометрического стекла или реже кварца).

Рисунок 1.1 – Стеклянный термометр