Міністерство освіти і науки України
Національний університет «Львівська політехніка»
Інститут енергетики та систем керування
Кафедра автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій
Курсовий проєкт
з курсу «Електротехніка та схематотехніка»
«РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРОННОЇ СХЕМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ РОБОТИ З ТЕРМОМЕТРОМ ОПОРУ»
Виконав:
Студент групи АВ-21
Васін В. Ю.
Перевірив:
Кріль Б.А.
Зміст
Вступ
1. Розробка структурної схеми.
2. Розробка та розрахунок принципової електронної схеми.
Висновок
Список використаної літератури
Вступ.
Термоперетворювачів опору використовують для вимірювання температури. Це прилад на основі чутливого елементу, електричний опір якого залежить від опору.
Рис 1. Терморезистор плівкового типу
Рис 2. Терморезистор, виконаний дротяною намоткою
Рис 3. Умовне графічне зображення терморезистора
Принцип дії термометрів опору базується на властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір при зміні температури.
Залежність опору провідника від його температури у найпростішому випадку виражається лінійною залежністю:
де:
RT — електричний опір при температурі T [Ом];
R0 — електричний опір при початковій температурі T0 [Ом];
α — температурний коефіцієнт електричного опору [K−1];
ΔT — зміна температури, що становить T-T0 [K].
Матеріали, які використовуються для виготовлення термометрів опору, повинні мати максимальний і постійний температурний коефіцієнт електричного опору, лінійну залежність опору від температури, мати відтворюваність властивостей і інертність до впливів навколишнього середовища.
Для виготовлення сенсорів термометрів опору використовують мідь, нікель, платину, вольфрам, що мають позитивний температурний коефіцієнт.
Термометри опору відносяться до одних із найточніших перетворювачів температури. Похибка вимірювання температури за допомогою термометра опору може складати 0,001°С.
Для виготовлення напівпровідникових термоопорів (термісторів) застосовують оксиди металів (Mn2O3, Cu2O3, Fe2O3 і ін.), що пресуються і спікаються при високій температурі. Вони мають малі розміри і великі значення температурного коефіцієнту опору.
Розрізняють два види терморезисторів:
термістори - мають негативний температурний коефіцієнт опору, тобто при зростанні температури, опір зменшується.
позистори - мають позитивний температурний коефіцієнт опору, тобто при збільшенні температури, опір також зростає
1. Розробка структурної схеми
Рисунок 4. Структурна схема перетворювача для роботи з термометром опору
1,3 – джерела стабілізованого струму;
2 – термометр опору;
4 – порівняльний резистор;
5 – диференційний підсилювач;
6 – проміжний перетворювач
7 – формувач уніфікованого вихідного струмового сигналу.
2.Розробка та розрахунок принципової електронної схеми
перетворювача для роботи з термометром опору.
За структурною схемою перетворювача для роботи з термометром опору потрібно розробити принципову електронну схему та підібрати і розрахувати значення параметрів електронних компонентів.
Диференційна вимірювальна схема для вимірювання опору складається з двох ідентичний джерел стабілізованого струму. В склад кожного стабілізатора сторін струму входять:
-джерела опорної напруги VD1 і VD2;
-операційні підсилювачі DA1 і DA2;
-регулюючі транзистори VT1 і VT2;
-опори R2 і R4, по спадку напруги на яких вимірюється значення струму в вихідних колах стабілізаторів.
Елементи VD1 і VD2, DA1 і DA2, VT1 і VT2, R2 і R5, R1 і R4 мають бути ідентичними.
Як джерела зразкової напруги VD1,VD2 застосуємо інтегральні мікросхеми типу TL431A з напругою стабілізації 2,5В, при значенні допустимого струму через них в межах 1-100мА.
Розрахуємо значення опорів R1 і R4, задавши значення струму через мікросхеми VD1 іVD2 рівним 1 мА:
Типи опорів R1 і R4 - С2-29в-0.125Вт-12.5кОм±1%.
Розрахуємо значення опорів R2 і R5, по спадку напруги на яких вимірюється сила струмів через термометр опору і порівняльний опір:
Типи опорів R2 і R5 - С2-29в-0.125Вт-6.25кОм±0.05%.
Типи операційних підсилювачів DA1 і DA2 - OP07.
Типи польових транзисторів з наведеним p-каналом і ізольованим заслоном VT1 і VT2 - BSS92A.
Значення опору R6 потрібно вибрати рівним значенню термометра опору R3 при температурі
C, тобто, він має бути рівним 100 Ом.Тип опору R6 - С2-29в-0.125Вт-100 Ом±0.05%.
Далі розрахуємо межі зміни вихідного сигналу з диференційної вимірювальної схеми. Цей сигнал буде мінятися від 0 до
:
⋅(
-
0.4мА⋅(247.04-100) Ом=58.8 мВЦю напругу після диференційної схеми підсилимо з допомогою диференційного підсилювача з високим вхідним опором, який виконаний по схемі інструментального підсилювача на операційних підсилювачах DA3,DA4,DA5 і опорах R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13.
Задамо межі зміни вихідної напруги після інструментального підсилювача від 0 до 4 В.
Розрахуємо коефіцієнт підсилення інструментального підсилювача:
Також, для інструментального підсилювача коефіцієнт підсилення рівний:
Приймемо, що
, тоді:
Для першого каскаду інструментального підсилювача справедливе наступне співвідношення:
причому, R7=R8.
Виберемо значення опору R9 рівним 2кОм.
Тип опору R9 - С2-29в-0.125Вт-2кОм±0.25%.
Знайдемо значення опору опорів R7 і R8 з наступної залежності:
, 
,
Тип опорів R7 і R8 - С2-29в-0.125Вт-1.27кОм±0.25%.
Для наступного каскаду інструментального підсилювача справедливі такі співвідношення:
,причому, R10=R11 і R12=R13.
Виберемо значення опору опорів R10 і R11 рівним 10кОм.
Тип опорів R10 і R11 - С2-29в-0.125Вт-10кОм±0.25%.
Далі знайдемо значення опорів R12,R13 з залежності:
Тоді значення опору R12 рівне:
Типи опорів R12 і R13 - С2-29в-0.125Вт-300кОм±0.25%.
Тип операційних підсилювачів DA3,DA4,DA5 - OP07.
Проміжний перетворювач напруга/струм складається з операційного підсилювача DA6, регулюючого транзистора VT3 і опору R15, по спадку напруги на якому вимірюється струм в вихідному колі.
Приймемо межі зміни струму
після проміжного перетворювача напруга/струм рівними 0-2мА.Розрахуємо значення опору R15 з формули:
Тип опору R15 - С2-29в-0.125Вт-2кОм±0.25%.
Тип операційного підсилювача DA6 - OP07.
Тип польового транзистора з наведеним n-каналом і ізольованим заслоном - 2N7002.
Задамо зміну вхідної напруги, яка поступає на формувач уніфікованого струму, в межах від 0 до 1 В.
Розрахуємо значення опору R14:
Тип опору R14 - С2-29в-0.125Вт-0.5кОм±0.25%.
Формувач уніфікованого струмового вихідного сигналу складається:
-операційного підсилювача DA7;
-регулюючого транзистора VT4;
-опору R16, по спадку напруги на якому вимірюється значення сили струму в вихідному колі.
Розрахуємо значення опору R16:
Тип опору R16 - С2-29в-0.125Вт-0.05кОм±0.25%.
Тип операційного підсилювача DA7 - OP07.
Тип польового транзистора з наведеним p-каналом і ізольованим заслоном VT4 - BSS-92A.
Інтегральна мікросхема VD3, створює спадок напруги на 2.5В нижчий від напруги живлення. Це зроблено для того, щоб операційний підсилювач DA7 працював в межах допустимих вхідних напруг.
Тип VD3 -TL431A.
Вибрані компоненти електронної схеми перетворювача для роботи з термометром опору з розрахованими значеннями їх параметрів вносимо в специфікацію.
Висновоки
Під час виконання цього курсового проекту я склав структурну схему перетворювача для роботи з термометром опору. Також я розробив та розрахував принципову електричну схему для цього приладу.
Список використаної літератури
Шашков А. Г. Терморезистори і їх застосування. — К.: Наука, 1997. — 156 с.
ДСТУ 3518-97 Термометрія. Терміни та визначення
Львів - 2022