Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Февраля 2012 в 16:41, курсовая работа
В данном курсовом проекте был разработан измеритель температуры с цифровой индикацией, предел измерения которого составляет от 0 до 2000°С. Согласно техническому заданию, устройство должно осуществлять измерения с погрешностью, не превышающую 2%, для чего был применен целый блок, осуществляющий коррекцию измеренной температуры.
Рис.9 – Схема
задания пределов измерений
Компаратором в данном случае выбрана микросхема К597СА3, имеющая два устройства сравнения. На первом из них осуществляется сравнение измеренной температуры с верхним пределом, на втором – с нижним. Выход каждого компаратора соединен со светодиодом, выполняющим функцию сигнализации.
Номинал сопротивлений рассчитывается таким образом, чтобы максимальное падение напряжения на потенциометрах составляло 2В, т.е. должно выполняться условие:
Таким образом, получим значения сопротивлений:
4.3.2
Аналого-цифровой
Для
визуального восприятия измеренной
температуры возникает
В
качестве такого устройства выбрана
микросхема К572ПВ2. Это интегрирующий
АЦП на 3.5 десятичных разряда с
выходом на семисегментный индикатор
/6/. Данная микросхема обеспечивает преобразование
измеренного напряжения в цифровой код
и отображает полученную информацию на
семисегментных индикаторах.
4.4
Блок питания схемы
Так
как схема измерителя температуры
условно состоит из двух частей,
удаленных друг от друга на 100 метров,
возникает необходимость
Принципиальная схема блока питания схемы приведена в приложении УИТС31.2101.91.166.Э5.
Данный
блок обеспечивает питанием схемы коррекции
и индикации. Структурная схема блока
питания приведена на рис.10.
Рис.10 – Структурная схема блока питания
Первым
этапом расчета является выбор трансформатора.
Для этого необходимо определить
количество питающих напряжений и величины
потребляемых токов. В таблице 3 приведены
данные для всех микросхем измерителя
температуры.
Таблица 3
| микросхема | количество | Uп,В | I∑пот,мА | Р∑,мВт |
| К140УД24 | 5 | ±5 | 17,5 | 87,5 |
| К157УД1 | 2 | ±15 | 22 | 330 |
| К1401СА1 | 1 | +15 | 2 | 30 |
| К597СА3 | 1 | ±15 | 2 | 30 |
| КР1561ЛИ2 | 1 | +10 | 0,000005 | 0,00005 |
| ИПД04А | 2 | +5 | 20 | 100 |
| К572ПВ2 | 1 | ±5 | 1,8 | 9 |
| АЛС324Б | 4 | +5 | 280 | 1400 |
| К561КП1 | 1 | +10 | 0,04 | 0,4 |
| КС191Ф | 1 | -15 | 10 | 150 |
| КС451А | 1 | +15 | 10 | 150 |
| КС451А | 1 | -15 | 10 | 150 |
| 2С210К | 1 | +15 | 10 | 150 |
| КС407Г | 1 | +15 | 10 | 150 |
| КС407Г | 1 | -15 | 10 | 150 |
| 395,34 | 2886,9 |
По данным таблицы 3 выпишем питающие напряжения и потребляемые токи для микросхем, находящихся в основной части схемы (блок коррекции, блок индикации). Для питания индикаторов АЛС324Б выводится отдельное питающее напряжение , так как данная микросхема потребляет большой ток.
Выбор трансформатора производиться по мощности и по максимальному току во вторичной обмотке. Так как максимальный потребляемый ток составляет 280мА, а мощность всей схемы – 2887мВт, используется трансформатор ТПП262 на 31Вт, максимальный ток вторичных обмоток которого равен 352мА /7/. Напряжение с двух обмоток ТПП262, равное 24В, подается на трансформатор блока питания датчика.
Вторым этапом расчета является выбор выпрямителя и стабилизатора напряжения. Для обмоток с напряжениями , , , и суммарный ток составляет 124,64мА, поэтому в качестве выпрямителя используется диодный мост КЦ401В с прямым током и обратным напряжением /8/. Для стабилизации перечисленных напряжений выбран интегральный стабилизатор напряжения типа К142ЕН6.
Так как микросхема К142ЕН6 обеспечивает двухполярную стабилизацию напряжения, равную ±15В, для получения питающих напряжений , и , целесообразно подключить к выходам стабилизатора стабилитроны с напряжением стабилизации +5В, -5В и +10В соответственно. Ток стабилизации каждого стабилитрона должен быть выше чем потребляемый ток соответствующей ветви питания. Микросхемы КС451А и 2С210К обеспечивают выполнение вышесказанных требований /8/.
Для обмоток с напряжением в качестве выпрямителя используется выпрямительный диод типа Д203. Так как выпрямленное напряжение поступает на питание микросхем АЛС324Б, необходимости в его стабилизации нет.
Заключительным этапом при расчете блока питания схемы является выбор гасящих сопротивлений, включаемых между стабилитроном и выходом стабилизатора напряжения. Расчет производится по формуле (4).
(4)
Рассчитав данное уравнение, получим значения сопротивлений для каждого из стабилитронов:
4.5
Блок питания датчика
Расчет производится аналогично пункту 4.4. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть равным 40В. С учетом того, что на первичную обмотку поступает 24В, рассчитаем коэффициент трансформации:
где - напряжение на первичной обмотке;
- напряжение на вторичной обмотке;
Таким
образом для обеспечения
Принципиальная схема блока питания датчика приведена в приложении УИТС31.2101.91.166.Э6.
Для
питания блока измерений
Суммарный потребляемый ток равняется 43мА, поэтому для выпрямления переменного напряжения в данной схеме применяется диодный мост 2Ц301А с прямым током и обратным напряжением .
Так как требуется получить двухполярное питающее напряжение, целесообразно применить интегральный стабилизатор напряжения К142ЕН6, выходное напряжение которого равняется ±15В. Для получения напряжений ±5В к выходам стабилизатора подсоединены стабилитроны типа КС407Г, напряжение стабилизации которых равняется 5,1В. Расчет гасящих сопротивлений рассчитывается по формуле (4).
4.6
Расчет погрешности
При проектировании блока коррекции было учтено, что погрешность измерений не должна превышать 1.6%. Помимо этой погрешности на результат измерений влияют погрешности следующих микросхем:
Таким образом суммарная погрешность измерителя температуры будет равна:
5
Конструкторско-
Изделие состоит из трех печатных плат: печатной платы блока измерений, печатной платы блока коррекции и печатной платы блока индикации. Платы выполняются на двустороннем фольгированном стеклотекстолите толщиной 1,5мм. Крепеж осуществляется при помощи болтов диаметром 3 мм.
Платы блоков коррекции и индикации устанавливаются в одном корпусе, блока измерений – в другом. На переднюю панель прибора выносятся индикаторы, тумблер блока питания, ручки регулировки пределов измерений, переключатель «Режим» и светодиоды, сигнализирующие о превышении одного из пределов измерения.
Печатная плата выполнена для блока коррекции и включает:
Заключение
В данном курсовом проекте был разработан измеритель температуры с цифровой индикацией, предел измерения которого составляет от 0 до 2000°С. Согласно техническому заданию, устройство должно осуществлять измерения с погрешностью, не превышающую 2%, для чего был применен целый блок, осуществляющий коррекцию измеренной температуры.
Недостатком спроектированного устройства является отсутствие температурной компенсации холодного спая, что объясняется сложностью реализации данного критерия и наличия микросхем, необходимых для обеспечения компенсации, только у зарубежных производителей (фирма Maxim).
Все
схемы собраны на отечественных
микросхемах, что позволяет реализовать
данный проект с минимальными затратами.
Список использованных источников