168638 (625158), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Метод заснований на залежності магнітної сприйнятливості парамагнітних речовин або ядерної магнітної сприйнятливості від температури. Відповідно до закону Кюрі – Вейса магнітна сприйнятливість назад пропорційна абсолютній температурі:

х = С/(Т + а + /T), (1.3.1)

де С – коефіцієнт, пропорційний константі Кюрі, індуктивності вимірювальної котушки і факторові заповнення котушки зразком; а – поправка, що залежить від форми зразка, щільності і взаємодії іонів; - поправка, що враховує штарковське розщеплення і диполь-дипольна взаємодія.

При використанні термомагнітного методу вимірюваною величиною є магнітна сприйнятливість парамагнітних солей або ядерна магнітна сприйнятливість металів, наприклад міді або платини. Вимір магнітної сприйнятливості парамагнітних солей звичайно виробляється шляхом виміру індуктивності або взаємної індуктивності котушки із сердечником з термометричної речовини. Перевагами методу є відсутність систематичних погрішностей, властивих газовому й акустичному методам, висока чутливість, що росте зі зниженням температури (при 2 мК поріг чутливості складає 1 10 ^-4мК), висока відтворюваність у порівнянні з іншими методами вимірів термодинамічної температури.

Термомагнітний метод в основному застосовується при вимірі температур

10 ^-3 – 4 К. Як термометричну речовину використовуються монокристали нітрату церію-магнію, сульфат амонію-марганцю (1,8 – 4К), нітрат церію-лантану-магнію для температур нижче 2 мК.

Для вимірювання температури в діапазоні 0,001—0,3 К в якості термометричної речовини використовуються метали (мідь, платина), для яких методом ЯМР визначається залежність ядерної магнітної сприйнятливості від абсолютної температури Т:

= Ng² I(I+1)/(3kT) (1.3.2)

де N — число ядер в одиниці об'єму; g — фактор магнітного розщеплення (g-фактор); — ядерний магнетон; I— спин ядра; k — постійна Больцмана.

Значення к_я визначаються по сигналі ЯМР, амплітуда якого лінійно залежить від ядерної магнітної сприйнятливості і, отже, від 1/Т, оскільки усі величини у рівнянні, крім х_я і Т, є фізичними константами [6].

1.4 Термочастотний перетворювальний елемент

Вимірювання температури термочастотними методами засновано на використанні залежності від температури частоти власних коливань різного роду резонаторів, швидкості поширення звукових і ультразвукових коливань з терморезистором. Найбільш розвинуті резонансні термочастотні методи, засновані на застосуванні резонансних датчиків, що являють собою автогенератори або генератори зі змушеними коливаннями, частота яких настроюється в резонанс із частотою власних коливань резонатора, що змінюється з температурою[8].

Для виміру температури застосовуються механічні (твердотільні), газові і ядерні резонатори. Характеристика перетворення температури в частоту в таких резонаторів нелінійна. Рівняння перетворення термометрів з резонаторними перетворювачами на робочій ділянці характеристики можна представити у вигляді полінома:

f= f₀ , (1.4.1)

де коефіцієнти и у вибираються в залежності від виду і характеристик резонаторів. При використанні кварцових резонаторів похибка лінійності досить незначна. В інших випадках для лінеаризації характеристики приладу необхідні додаткові пристрої з функціональними перетворювачами. Розвиток мікропроцесорної техніки дозволяє створювати точні частотні термометри з похибкою лінійності не більш 10^-5.

1.5 Пірометричний перетворювальний елемент

Пірометричні методи вимірювання температури охоплюють широкий діапазон температур – від 173 до 6000 К, що включає в себе низькі, середні і високі температури. Ці методи засновані на визначенні параметрів теплового випромінювання об'єкта без порушення його температурного поля. Теплове випромінювання являє собою електромагнітне випромінювання, порушуване тепловим рухом атомів і молекул у твердих, рідких і газоподібних речовинах. При температурах вище 4000 К випромінювання викликається процесами дисоціації й іонізації[9].

Частіше застосовуються пірометри порівняння, в яких густина випромінювання об’єкта вимірювань порівнюється з випромінюванням еталону в видимій частині спектру. Спектральний пірометр (пірометр порівняння) зображений на рис. 1.4 (Додаток А). [10]

Теорія пірометричних методів вимірювання температури заснована на законах, що встановлюють зв'язок між випромінюванням абсолютно чорного тіла (АЧТ) і його температурою. Абсолютно чорним тілом називається тіло, що поглинає все падаюче на нього випромінювання і відповідно здатне при даній температурі випромінювати максимальну енергію. Добрим наближенням до АЧТ є закрита з усіх боків порожнина з малим отвором, площа якого мала в порівнянні з загальною поверхнею порожнини.

Закон Планка встановлює зв'язок між абсолютною температурою і спектральним розподілом потоку випромінювання АЧТ:

М ⁰=С₁ ^-5(е^{С/( Т)}– 1)^–1, (1.5.1)

де М ^{0 –} спектральна щільність потоку випромінювання АЧТ, тобто енергія, випромінювана в одиницю часу одиницею площі поверхні випромінювача, що приходиться на одиницю діапазону довжин хвиль; С₁ = 2 c²h=3,741832.10-¹⁶ Вт м²; C₂=ch/k = 0,01438786 м К — відповідно перші і друга постійні випромінювання; с— швидкість світла; h — постійна Планка; k — постійна Больцмана.

Розробка чутливих приймачів інфрачервоного (ІЧ) випромінювання дозволяє застосовувати пірометричні методи для вимірювання не тільки високих, але і низьких температур. Прилади для вимірювання температур об'єктів по їх тепловому електромагнітному випромінюванню називаються пірометрами [4].

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ПОРОЗРЯДНОГО ЗРІВНОВАЖЕННЯ

Аналого-цифрові перетворювачі порозрядного зрівноваження використовуються у тому разі, якщо необхідно забезпечити похибку 0,1 …0,02% при досить високій швидкодії в межах 10⁴…10⁶ вим./с.

Суть порозрядного зрівноваження полягає в зрiвноваженнi вимірювальної U_а напруги компенсуючою U_к, що змінюються порозрядно нерівномірними ступенями. Відлік результату вимірювання здійснюється в момент рівності цих величин. Такий алгоритм називають ще “старшими розрядами вперед”.

На рисунку 2.1 наведено структурну схему аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрiвноваження.

Рисунок 2.1 – Структурна схема аналогово-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження

Основними елементами структурної схеми аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрiвноваження є:

• G – генератор тактової частоти , який задає частоту перемикання тригерів регістра;

• РI – розподiльник iмпульсiв, який задається послідовність перемикання тригерів регістра;

• - схеми збiгу, якi призначенi для керування процесом вимiрювання;

• - SR-тригери, якi представляють собою десяти розряднi регiстри;

• ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач, який призначений для перетворення двiйкового коду в аналогову величину;

• ПП – пристрiй порiвняння (компаратор), який може знаходитись в двох станах: якщо , то на виходi компаратора формується рiвень логiчної одиницi i цим рiвнем вiдкриваються всi схеми збiгу ; якщо ж , то на виходi компаратора формується рiвень логiчного нуля, яким закриваються всi схеми збiгу.

Сутнiсть алгоритму порозрядного зрiвноваження розглянемо на конкретному прикладi. Припустимо, що вимiрювальна напруга складає 900 mB.

Вхідна напруга U_а в пристрої порівняння порівнюється з компенсуючою напругою U_к починаючи з старшого розряду. Отже, для конкретного прикладу, напруга в 512 mВ порівнюється з вимірювальною напругою 900 mВ, і оскільки U_к < U_a, пристрій порівняння виробляє сигнал, на виходi першого тригера встановлюється рiвень логiчної одиницi. Далі розподільник імпульсів встановлює в одиничний стан другий тригер і відбувається порівняння компенсуючої напруги U_к = 2ⁿ ∙∆U+2^n-1∙∆U, тобто 768 mВ і вимірювальну напругу 900 mВ. Оскільки U_к < U_a на виході другого тригера встановлюється одиниця. В результаті порівняння компенсуюча напруга стає рівною вхідній напрузі, вимірювання закінчується i на виходi аналого-цифрового перетворювача утворюється код 1110000100, який відповідає вимiрювальнiй напрузi 900 mВ. Процес перетворення вхідної напруги U_a=900 в двійковий код наведено в таблицi 2.1.

Таблиця 2.1 Процес перетворення вхідної напруги U_a=1500 в двійковий код

Часова діаграма роботи аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження для конкретного випадку наведена на рисунку 2.2.

960

928

912

904

902

Характеристики

Список файлов курсовой работы