ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ ДАТЧИКОВ
ТЕМПЕРАТУРЫ 9
1.1 Способы измерения температуры 9
1.1.1 Термопара 10
1.1.2 Термистор 13
1.1.3 Термопреобразователь сопротивления 15
1.2 Конструкции термометров сопротивления 18
1.3 Интеллектуальные датчики 19
1.3.1 Самокалибрующийся термометр на основе точек плавления 22
1.3.2 Использование нестандартного чувствительного элемента 23
1.3.3 Самоконтроль с использованием двух ТС 25
1.3.4 Описание работы датчика 27
2 ПОДГОТОВКА К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ 31
2.1 Выбор ТС для установки электронного преобразователя 31
2.2 Выбор программного обеспечения 34
2.2.1 EAGLE 34
2.2.2 Altium Designer 36
2.2.3 Mentor Graphics PADS 37
2.2.4 DipTrace 40
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ 43
3.1 Определение условий эксплуатации и группы жесткости 43
3.2 Выбор типа конструкции и класса точности 44
3.3 Выбор материала основания и конструктивного покрытия 51
3.4 Размещение компонентов 51
3.5 Разработка сборочного чертежа 54
3.6 Трассировка печатной платы 56
4 ИСПЫТАНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА 65
4.1 Виды испытаний печатных плат 66
4.2 Методика испытаний 71
4.2.1 Визуальный осмотр 71
4.2.2 Электрические испытания 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 81
Датчики (сенсоры) самых разных величин (например температуры, скорости, давления, уровня, концентрации, расхода, угла, и т.д.) широко используются в различных сферах деятельности, особенно в системах управления технологических процессов. Современные датчики могут не только измерять и преобразовывать сигналы в типовые аналоговые и цифровые значения, но и проводить само-диагностику своей работы, дистанционную настройку, имеют интерфейсы для объединения в единую приборную сеть предприятия. Функциональная схема такого датчика изображена на рисунке 1, где t - температура (или другая физическая величина) измеренная сенсором, сенсор - чувствительный элемент датчика, Nadc - код на выходе аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), МК - микро-контроллер, t- оценка измеряемой величины t, ЭП - электронный преобразователь, который, в большинстве случаев, конструктивно отделён от сенсора.
Чтобы убедиться в том, что метрологические характеристики датчика со-ответствуют требованиям, периодически проводится поверка. Временной интервал между поверками называется межповерочным интервалом и назначается в соответствии с действующим законодательством и требованиями нормативных документов по обеспечению единства измерений. Межповерочный интервал для однотипных средств измерения (СИ) не зависит от их возраста, срока эксплуатации, порядкового номера поверки (калибровки), конкретных условий эксплуатации [1][2][3].
Если в результате поверки выяснится, что характеристики датчика не соответствуют установленным требованиям, то полученные с его помощью результаты измерений в течение последнего межповерочного интервала считают недостоверными. Главным недостатком такого подхода является отсутствие контроля метрологической исправности датчика в период между поверками [4].
Функция метрологического самоконтроля позволит устранить этот недостаток и увеличить межповерочный интервал, за счёт проведения проверки исправности датчика в процессе его эксплуатации.
Цель работы - разработка конструкции электронного преобразователя для датчика температуры с функцией метрологического самоконтроля.
Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи:
1) провести анализ средств измерения с функцией самоконтроля;
2) выбрать программное обеспечение для разработки печатной платы;
3) выбрать термопреобразователь сопротивления (ТС), который будет взят за основу;
4) разработать печатную плату и сборочный чертеж электронного преобразователя датчика температуры;
5) провести испытания на опытном образце;
6) скорректировать документацию по результатам испытаний.
Новизна работы заключается в том, что был впервые реализован электронный преобразователь для датчика температуры с выбранным способом самоконтроля.
Практическая значимость работы определяется экономической значимостью повышения метрологической надежности получаемых данных и увеличения межповерочного интервала.
Интеллектуальные датчики, оснащённые функцией метрологического самоконтроля, предоставляют пользователю информацию о своём состоянии, позволяя вовремя обнаружить повышение погрешности данных измерений.
В данной работе был проведён аналитический обзор измерительных устройств с функцией метрологического самоконтроля, в ходе проведённого анализа была выявлена целесообразность разработки конструкции термопреобразователя сопротивления с функцией метрологического самоконтроля. За основу был взят датчик «Метран-2000». После чего в программе «Altium Designer» спроектирована печатная плата. На заключительном этапе была разработана методика проверки печатных плат для электронного преобразователя датчика температуры с функцией метрологического самоконтроля. По результатам испытаний был сделан вывод что печатная плата работает корректно и доработки не требует.
Результатом выполнения ВКР стала работоспособная печатная плата для электронного преобразователя датчика температуры с функцией метрологического самоконтроля.
