- •Термометр сопротивления……………………………………………….8
- •Термометр сопротивления………………………………………………12
- •Задание на курсовую работу.
- •1. Канал №1. Влияние концентрации водорода на температуру газовой смеси. Нить накаливания.
- •Расчет метрологических характеристик ик1.
- •2. Канал №2. Измерение температуры корпуса.
- •Блок схема ик2
- •Расчет метрологических характеристик ик2.
- •3. Канал №3. Определение скорости газа.
- •Расчет метрологических характеристик ик3.
- •4. Определение относительной погрешности преобразования теплового преобразователя анализатора концентрации водорода в воздухе
- •Список используемой литературы
Содержание
Задание на курсовую работу………………………………………………………2
1. Влияние концентрации водорода на температуру газовой смеси……………3
Термометр сопротивления………………………………………………3
Резистивный мост………………………………………………………..4
Усилитель………………………………………………………………...4
Аналого-цифровой преобразователь…………………………………....5
Расчет метрологических характеристик ИК1…………………………………6
2. Измерение температуры корпуса……………………………………………….8
Термометр сопротивления……………………………………………….8
Резистивный мост………………………………………………………...8
Усилитель…………………………………………………………………9
Аналого-цифровой преобразователь……………………………………9
Расчет метрологических характеристик ИК2………………………………..10
3. Определение скорости газа……………………………………………………..12
Термометр сопротивления………………………………………………12
Резистивный мост………………………………………………………..13
Усилитель…………………………………………………………………13
Аналого-цифровой преобразователь……………………………………13
Расчет метрологических характеристик ИК3…………………………………14
4. Определение относительной погрешности преобразования теплового преобразователя анализатора концентрации водорода в воздухе………………17
Список использовнной литературы………………………………………………...17
Задание на курсовую работу.
Рассчитать тепловой преобразователь (термопреобразователь) анализатора концентрации водорода в воздухе.
Исходные данные:
Измеряемая среда – воздух с примесью водорода.
Диапазон концентрации водорода – от 0,1 до 10%.
Температура газа: T = 30oC = 303K
Длина газовых магистралей: L = 3м
Допустимое время запаздывания: = 3мин
Допустимая погрешность измерений: доп = 5%
Из анализа технических требований произвожу выбор материалов трубки и проволоки:
Материал проволоки – никель
Материал трубки – платина
Диаметр и длина проволоки: dп = 0,03*10-3м; L = 7*10-2м.
Диаметр трубки: dтр = 5*10-3м.
Необходимо выбрать последовательность измерительных каналов, измеряющих перепад температуры измеряемой среды в канале при различных концентрациях водорода, температуру корпуса и скорость газа; рассчитать метрологические характеристики каналов измерения и сделать выводы о соответствии или несоответствии рассчитанных и допустимых по заданию погрешностей.
Блок-схема последовательности установки измерительных каналов.
2.3
2.4
2.2
2.1
4
ЭВМ
3.2
3.4
3.3
1. Канал №1. Влияние концентрации водорода на температуру газовой смеси. Нить накаливания.
Блок 1.1.: Термометр сопротивления.
В качестве термометра сопротивления использую нить накаливания.
При изменении концентрации водорода в воздухе, сопротивление нити накаливания изменяется по обратной зависимости. При увеличении концентрации газа отвод тепла от нити происходит быстрее.
Вычисляем значения сопротивления проволоки при минимальной Rmin и максимальной Rmax концентрациях измеряемого компонента газовой смеси:
,
где - сопротивление проволоки;
- постоянный конструктивный параметр теплового преобра-зователя;
- коэффициент теплопроводности
a и b – процентное содержание компонентов смеси.
Рабочий ток проволоки при такой концентрации газовой смеси, которая соответствует максимальной температуре проволоки, определяем по формуле:
,
получаем:
При концентрации водорода 0,1%:
; .
При концентрации водорода 10%:
; .
Исходя из заданных условий:
При концентрации водорода 0,1%:
При концентрации водорода 10%:
Приращение падения напряжения на сопротивлении проволоки:
Предел допускаемой основной погрешности равен:
Блок 1.2.: Резистивный мост.
Так как интересующий нас участок относительно мал, то необходимо использовать мост (датчик измерения перепада напряжения), который на фоне U нити выделит именно этот перепад. Мост состоит из двух резисторов С5 – 25Ф и одного наматываемого из манганитовой проволоки.
Характеристики резистора С5 – 25Ф:
Номинальное сопротивление 51 Ом
Номинальная мощность удовлетворяет условиям цепи:
Предел допускаемой основной погрешности = 0,05%
Напряжение питания моста: .
Характеристики наматываемого резистора:
Номинальное сопротивление 5 Ом
Предел допускаемой основной погрешности = 0.
Определяем напряжение питания моста:
;
;
.
Рис.1. Резистивный мост
Блок 1.3.: Усилитель.
Выбираем усилитель постоянного тока Ф7073/8.
Характеристики усилителя:
Диапазон изменения входного напряжения 100 мВ
Номинальное значение коэффициента усиления 80
Предел допускаемой основной погрешности
Сигнал поступающий на АЦП после усиления:
Блок 1.4.: Аналого-цифровой преобразователь.
Выбираем аналого-цифровой преобразователь типа Ф7044
Характеристики АЦП:
Диапазон преобразуемых напряжений 5 В
Верхнее значение выходного кодированного сигнала
Способ вывода кода параллельный
Предел допускаемой основной погрешности:
= [0,1+0,06(Uк/U –1)] = [0,1+0,06(5/5 –1)] = 0,1%
- конечное значение диапазона преобразования
Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне температур, выраженная в процентах от диапазона изменения выходного сигнала на каждые 10С, не превышает значения:
%
Суммарная погрешность аналого-цифровой преобразователь не превышает значения:
%.
Б
R3