Елементи автоматики для приймання інформації (датчики)»

 

Міністерство освіти і науки,  України

Житомирський технологічний коледж

 

 

 

 

 

 

 Реферат

про виконання програми з предмету

«ВСТУП ДО СПЕЦІАЛЬНОСТІ»

по ознайомленню з електроустаткуванням підприємства (за темою)

«Елементи автоматики для приймання інформації (датчики)»

 

 

 

 

 

студента 1 курсу групи А10

 

Скорука Артема Володимировича

(прізвище, ім'я, по батькові)

Спеціальність 5.05020201  “Монтаж,обслуговування засобів

і систем технологічного виробництва”

Освітньо-кваліфікаційний рівень молодший спеціаліст

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Керівник  

від навчального закладу

Викладач  Шигонський В.С.                                                 

Звіт (реферат) захищений

_________________________

                                                                                                                                                             (Загальна оцінка)

 

 

 

 

Житомир-2013

 

Зміст

Вступ…………………………………………………....  3

Основна частина……………………………………… 4

Висновок………………………………………………. 13

Список джерел інформації………………………….. 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Стрімкий розвиток електроніки та обчислювальної техніки виявилося передумовою для широкої автоматизації найрізноманітніших процесів впромисловості, в наукових дослідженнях, у побуті. Реалізація цієї передумови значною мірою визначалася можливостями пристроїв для отримання інформації про регульованому параметрі або процесі, тобто можливостями датчиків. Датчики, перетворюючи вимірювальний параметр увихідний сигнал, який можна виміряти та оцінити кількісно, є як би органами почуттів сучасної техніки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основна частина

Серед широкого розмаїття вимірювальних параметрів однією з основних є температура. Її вимір необхідно задля всіх складних технологічних процесів. Велика розмаїтність датчиків температури, працівників різних фізичних засадах і виготовлених із різних матеріалів, дозволяє вимірювати її ще в важкодоступних місцях – там, де інші параметри виміряти неможливо. Приміром, в активній зоні атомних реакторів встановлено тільки датчики температури, вимір якої дозволяє оцінити інші теплоенергетичні параметри, такі як тиск, щільність, рівень теплоносія тощо.

У повсякденному житті, у побуті також застосовуються датчики температури, наприклад для регулювання опалення виходячи з виміру температури теплоносія на вході і виході, і навіть температури у приміщенні і зовнішньої температури; регулювання температури нагріву води в автоматичних пральних машинах; регулювання температури електроплит, електродуховок і т.п.

Для вимірювання температури різних фізичних об'єктів людство придумало величезну кількість типів пристроїв і ще більше варіантів їх реалізації. Незважаючи на це, вибрати потрібний тип датчика для мікроконтролерного проекту не так складно, достатньо знати особливості декількох основних принципів вимірювання. Нижче будуть коротко розглянуті основні типи температурних датчиків , що мають практичну цінність для автоматичних систем вимірювання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термометри опору

Найбільш простим і поширеним типом датчика температури є термометр опору. Принцип його дії заснований на залежності питомого опору металів від температури. Це означає, що із зростанням температури опір металевого дроту буде зростати. Коефіцієнт, що описує подібну залежність, називається температурним коефіцієнтом опору (ТКС). Для металів ця величина позитивна.

 

 

Конструктивно , термометр опору являє собою мініатюрну котушку з мідного або платинового дроту , упаковану в захисний кожух. Для отримання оптимальних характеристик вимірювання , провід намагаються взяти якомога більшої довжини . Для зручності застосування всі термометри стандартизують по так званому нульовому опору , тобто опору при температурі 0 град. Цельсія . Промисловість випускає термометри з нульовим опором 50,100,500,1000 Ом. Маркуються термометри по типу металу , використовуваному для вимірювання та нульовій температурі . Наприклад , велике поширення мають мідні датчики ТСМ100 та платинові ТСП100 і Pt100 . Характеристики двох останніх дещо відрізняються , що необхідно враховувати.

 

 

Промисловий термометр

Термометри опору знаходять застосування для вимірювання температур від -50 до +200 град. Цельсія. До їх гідності слід віднести високу точність вимірювань при невисокій вартості. Для виробів промислового застосування величина похибки знаходиться в районі 0,1 градуса. Використання термометрів опору увазі створення спеціальних схем, що дозволяють визначити опір датчика з високою точністю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Терморезистори

 

Принцип дії терморезисторів аналогічний термометрам опору. Відрізняються вони в першу чергу технологією виробництва і конструктивними особливостями. За зовнішнім виглядом часто нагадують звичайні резистори. Терморезистори існують з позитивним ТКС-позистор, і негативним ТКС-термістори.

Нульовий опір терморезисторів може досягати десятків кіло. Використання їх аналогічно термометрам опору. До недоліків можна віднести значну нелінійність характеристики цих елементів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термопари

 

Принцип дії термопари заснований на виникненні термо ЕРС ( ефекті Зеєбека ) ​​у місці спаю двох різнорідних металів. Величина ЕРС пропорційна різниці температур між « гарячим » кінцем або спаєм і « холодним» кінцем , що представляє собою точку підключення провідників до вимірювального пристрою. У нашій країні найбільшого поширення отримали пари металів хромель- алюмель (міжнародне позначення - K , вітчизняне - ХА ) . , хромель- копель (тип L або ТХК ) , платинородій - платина (тип S або ТПП) Також існують і деякі інші типи Термопром .

 

 

 

Вихідним сигналом термопари є напруга , величина якого вимірюється в мВ. Це означає , що для повноцінних вимірювань необхідно використовувати підсилювач. Другою особливістю використання термопар стає необхідність компенсації температури холодного спаю . У загальному випадку термопара являє собою спай двох різнорідних провідників. Точки підключення даних провідників до вимірювального пристрою в свою чергу утворюють аналог спаю , що вносить похибка у виміри . Для її обліку в місці , максимально наближеному до точки контакту встановлюють додатковий датчик температури , свідчення якого віднімають з показань основного . Третя особливість полягає в необхідності використання з'єднувальних кабелів спеціального типу , як правило виконуваних з того ж матеріалу , що і термопара . Нехтування даною вимогою призводить до збільшення похибки вимірювань , за рахунок появи додаткових спаїв .

Головним достоїнством термопар є можливість вимірювання високих температур. Так для типу ХА діапазон вимірювань становить від -180 до +1300 градусів. Для деяких спеціальних моделей , верхнє значення може досягати 1800 градусів. Поряд з широким діапазоном , термопари характеризуються порівняно високою похибкою вимірювання , приблизно рівною 1 градусу . Також , особливо при великому діапазоні вимірюваних температур , потрібно враховувати нелінійність термопар.

Напівпровідникові датчики температури

Температурною залежністю володіють не тільки метали, а й p-n перехід. Падіння напруги на ньому при протіканні струму в прямому напрямку буде змінюватися приблизно на 2МВ із зміною температури на 1 градус. Використовуючи дану залежність можна організувати вимірювання температури в діапазоні приблизно від -55 до +150 градусів . Також датчики можуть використовувати звичайні діоди або один з p-n переходів транзистора. Схемотехніка вимірювальних схем з використанням подібних пристроїв повторює варіанти з терморезисторами . Існують і спеціалізовані вироби , які становлять закінчені вимірювальні пристрої з аналоговим вихідним сигналом , пропорційним температурі. Такі пристрої дуже зручно застосовувати спільно з АЦП мікроконтролера. Поряд з аналоговими датчиками , можна знайти напівпровідникові мікросхеми , що містять вбудований АЦП і цифровий інтерфейс зв'язку (SPI , I2C , 1 -Wire ) . Такі датчики дозволяють створювати найбільш прості схеми , але при цьому відрізняються відносно низькою точністю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Інші датчики температури

Крім вищеназваних можна відзначити і деякі інші принципи побудови температурних датчиків. У системах автоматики можуть зустрічатися контактні датчики -сигналізатори . Принцип їх дії може бути різний. Вихідний сигнал реалізований за допомогою механічного контакту , спрацьовування якого відбувається при заданій температурі. Найбільш цікавим датчиком може стати датчик випромінювання або пірометр . Його принцип дії заснований на вимірюванні енергії , випромінюваної яким-небудь тілом в навколишнє середовище. Такий принцип не вимагає безпосереднього контакту з об'єктом , але відрізняється досить низькою точністю. Більшість пірометрів являє собою складні прилади з високою вартістю , хоча останнім часом з'явилися і мініатюрні датчики з різним типом виходів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вибір датчиків температури

 Першим параметром, що визначає вибір датчика температури, вважається діапазон вимірювання. Якщо підходить декілька варіантів, то можна користуватися таким правилом: номінальне вимірюване значення має лежати в діапазоні від половини до двох третин шкали .Так, наприклад, не бажано використовувати термопару для вимірювання кімнатної температури, і навпаки для температур вище 200 градусів термопара буде гарним вибором.

 

 

 

 

                                 Діапазон виміру датчиків температури

 

Наступною величиною , що заслуговує пильної уваги , буде точність вимірювань. Якщо за умовами проекту потрібна точність менше одного градуса , то практично однозначним вибором стане термометр опору. На щастя такі вимоги зустрічаються досить рідко , і в більшості побутових застосувань цілком підійде напівпровідниковий датчик з точністю в 1 градус.

Конструктивні особливості датчика також визначають його область застосування . Сьогодні можна знайти безліч варіантів , як виконання вимірювальної частини , так і за способом приєднання до процесу. Також при виборі слід враховувати і такий параметр як інерційність . Інерційність вимірюється в секундах і показує , наскільки швидко зміна температури навколишнього середовища відіб'ється на вихідному сигналі датчика. Нехтування даними параметром часто може призвести до неточності роботи схеми й інших малоприємних наслідків, особливо якщо показання термодатчика використовуються для цілей управління обладнанням.

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВОК

Аналіз літературних джерел дозволяє зробити висновок про дедалі більше широке використання в системах регулювання напівпровідникових датчиків температури, розмаїтність яких дозволяє вирішити безліч складних завдань. З'явилися останнім часом датчики на ізолюючих підложках типу КНП- структур дозволяють у багатьох специфічних випадках замінити традиційні металеві (наприклад платинові) датчики і тим самим здешевити виміру й тимчасово підвищити надійність систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список джерел інформації

1. Трофимов Н.А., Лаппо В.В. Вимірювання параметрів теплофизических процесів у ядерній енергетиці.- М.: Атомиздат, 1979.

2. Датчики теплофизических і  механічних параметрів. Довідник, т.1, кн.1/ Під общ.ред. Коптєва Ю.Н., під ред. Багдатьева Е.Е.,

Гориша А.В., Малкова Я.В.- М.: ИПЖР, 1998.

3. Виглеб Р. Датчики. М.: Світ, 1989.

4. Федотов Я.А. Основи фізики напівпровідникових приладів. М.:

Сов.радио, 1969.

5. Фогельсон І.Б. Транзисторні термодатчики. М.: Сов.радио, 1972.

6. Гордов О.Н., Жагулло О.М., Іванова О.Г. Основи температурних вимірів. М.: Энергоатомиздат, 1992.

7. Шефтель І.Т. Терморезисторы. М.: Наука, 1973.

8. Орлова М.П. Низькотемпературна термометрия. М.: Изд.стандартов,

1975.

9. Зарубін Л.И., Немиш Ю.І. Напівпровідникова криогенна термометрия.

Огляд в кн. Напівпровідникова техніка і мікроелектроніка. Киев:

Наукова думка, 1974, вып.16.

10. Вайнберг В.В., Воробкало Ф.М., Зарубін Л.И. Напівпровідниковий матеріал для термометрів опору на діапазон (14…300) К.

Напівпровідникова техніка і мікроелектроніка, Київ, 1979, вып.30.

11. Зи З. Фізика напівпровідникових приладів. Кн.1, М.: Світ, 1984.

12. Велшек Я. Вимірювання низьких температур електричними методами.

М.: Енергія, 1980.

13. Мілнс А. Домішки з глибокими рівнями в напівпровідниках. М.: Мир,

1977.

14. Соколова А.А., Смирнов Н.І., Ларіонов І.Б. Високочутливі датчики температури з кремнію, легованого золотом. –У кн.

Удосконалення засобів і методики виміру температури при стендових випробуваннях виробів. Тези галузевого семинара.

Загорськ, 1978.

15. Silicon temperature sensors.- Electron.Appl.News, 1982, v.19, №2.

16. Raabe G. Silizium temperatur sensoren von –50 (З his 350 (З – NTG

– Faahber, 1982, №79.