Содержание

Задание на курсовую работу………………………………………………………2

1. Влияние концентрации водорода на температуру газовой смеси……………3

1. Термометр сопротивления………………………………………………3

2. Резистивный мост………………………………………………………..4

3. Усилитель………………………………………………………………...4

4. Аналого-цифровой преобразователь…………………………………....5

Расчет метрологических характеристик ИК1…………………………………6

2. Измерение температуры корпуса……………………………………………….8

1. Термометр сопротивления……………………………………………….8

2. Резистивный мост………………………………………………………...8

3. Усилитель…………………………………………………………………9

4. Аналого-цифровой преобразователь……………………………………9

Расчет метрологических характеристик ИК2………………………………..10

3. Определение скорости газа……………………………………………………..12

1. Термометр сопротивления………………………………………………12

2. Резистивный мост………………………………………………………..13

3. Усилитель…………………………………………………………………13

4. 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 = 30^oC = 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: d_п = 0,03*10^-3м; L = 7*10^-2м.

Диаметр трубки: d_тр = 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 R_min и максимальной R_max 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(U_к/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 10С, не превышает значения:

%

Суммарная погрешность аналого-цифровой преобразователь не превышает значения:

%.

Б

R₃

лок схема ИК1