С самого момента возникновения науки люди стали задумываться о проведении измерений. Измерение - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины [1]. В течение всего периода развития науки и техники растёт необходимость в проведении более точных измерений. Для этого инженеры разрабатывают новые методы и средства измерения.
В наши дни предприятия стремятся автоматизировать процессы своих производств. Для этого устанавливается большое количество датчиков. Они позволяют получить обратную связь в ответ на управляющие сигналы и скорректировать их в случае необходимости. Производятся измерения множества различных физических величин. Таковыми являются измерения массового и объемного расхода, уровня жидкости, времени, давления и т.д. Большинство устанавливаемых датчиков являются температурными.
Большой вклад в развитие методов и технических средств для измерений температуры внесли учёные: С. Рубен (изобретение терморезистора), Т.И. Зеебек (открытие термоэлектрического эффекта, на основе которого была разработана термопара), П. Мушенбрук (создание одного из первых пирометров) и т.д.
Измерения температуры в технических системах являются составной частью процессов их разработки, испытаний, производства, эксплуатации и утилизации. Эффективность применения современной техники во многих случаях непосредственно связана с качеством используемой термометрической информации. Запуск космических аппаратов, обеспечение надежности мощных энергетических установок, поддержание обитаемости автономных объектов, функционирование охранных систем, выполнение контрольно -учетных операций — все это далеко не полный перечень использования результатов измерений температуры. При этом не существует такого свойства, такой величины, которые прямо или косвенно, в большей или меньшей степени не зависели бы от температуры [2].
Современные промышленные температурные датчики используют принцип преобразования измеряемой температуры в электрические сигналы. Обоснованность данного преобразования заключается в том, что электрический сигнал можно передать с высокой точностью и скоростью, и ввести его для обработки в компьютер.
Направление разработки новых датчиков температуры является актуальным в связи с несколькими причинами:
1. Большое количество температурных датчиков, подлежащих поверке, вызывают огромные траты денег на их проведение.
2. В условиях опасного производства, например, на атомной электростанции, повреждение и неправильная работа датчика температуры может повлечь за собой катастрофические последствия, поэтому необходимо расширять возможности датчиков и повышать их надежность.
3. Возникают ситуации, когда установленный датчик трудно изъять для проведения поверки, в таком случае удобно устанавливать в такие места датчики с функцией самоконтроля.
Цель магистерской диссертации - разработка электрической схемы электронного преобразователя датчика температуры с функцией метрологического контроля.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с современными подходами к построению электронных преобразователей (ЭП) датчиков температуры.
2. Выявить требования, предъявляемые к элементам ЭП датчика температуры с метрологическим самоконтролем, и выбрать современные элементы для разработки электрической схемы.
3. Разработать принципиальную электрическую схему ЭП датчика
температуры, рассчитать параметры элементов.
4. Проверить работу 4 опытных образцов, провести испытания.
5. Скорректировать схему электронного преобразователя по результатам испытаний
Научная новизна:
В ходе проведенного исследования выявлено, что в настоящее время отсутствует серийное производство датчиков температуры с функцией метрологического самоконтроля. Предложен способ реализации принципиальной электрической схемы электронного преобразователя для данного датчика.
Эффективной проведенную работу можно назвать исходя из следующих факторов:
1. Повышенная надежность датчиков
2. Уменьшение траты на поверки
3. Реализация на недорогой элементной базе.
По результатам выпускной квалификационной работы были выполнены следующие задачи:
1. Проведен анализ современных подходов построения электронных преобразователей (ЭП) датчиков температуры. Изучены способы реализации функции самоконтроля.
2. Выявлены требования, предъявляемые к элементам ЭП датчика температуры с метрологическим самоконтролем. Выбраны современные элементы для разработки электрической схемы.
3. Разработана принципиальная электрическая схема электронного преобразователя датчика температуры, рассчитаны параметры элементов, составлен их перечень.
4. Проведена проверка работы 4 опытных образцов. Для каждого образца проведены испытания его источника тока и выполнена калибровка.
5. По результатам испытаний корректировка схемы не потребовалась.
В дальнейшем датчик температуры подлежит проведению более длительных испытаний. В будущем стоят вопросы о продолжении анализа и усовершенствовании разработки.
