ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ 7
1.1. Устройство термопары 7
1.2. Устройство работы Arduino 10
1.2.1. Маркировка написания программ Arduino 11
1.3. Описание используемых датчиков 13
1.4. Описание инициализации устройства 14
1.5. Описание дисплея 14
1.6. Описание устройства SD карты 16
1.6.1. Реализация сохранения данных на SD карту 17
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ 19
2.1. Описание устройства 29
2.2. Описание выбранных термопар 23
2.3. Алгоритм выполнения работы 24
2.4. Описание программного кода 28
2.4.1. Проверка работоспособности кода 30
2.5. Аппаратный подход 31
2.5.1. Процесс реализации аппаратного подхода 31
2.5.2. Проверка работоспособности аппаратного подхода 32
2.6. Технические различия программного и аппаратного подходов 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 37
ПРИЛОЖЕНИЕ 40
Основной целью данной работы является создание портативного устройства для работы с термопарами. В следствии чего требуется изучить принципы работы различных термопар.
Если два проводника из различных материалов соединены друг с другом на одном конце, на противоположном конце этой конструкции, из-за контактной разницы потенциалов, появляется напряжение (ЭДС), зависящее от температуры. Иначе говоря, соединение двух разных металлов ведет себя как гальванический элемент, который очень чувствителен к изменению температуры. Такой вид температурного сенсора называется термопарой: принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма этих разностей потенциалов равна нулю. Если же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в данной зависимости называют коэффициентом термоЭДС. У различных металлов коэффициент термоЭДС разный и разность потенциалов, которая возникает между концами обоих проводников, будет разная.
Преимущество термопары над другими видами измерительных приборов является то, что она измеряет точечный объем, то есть она снимает показания с данной точки пространства. В отличии от термометра, который использует для снятия показаний объемную долю данных, то есть он измеряет относительно некоторого объема вещества, которое находится внутри измерительной трубки. Термопара в свою очередь - это точечный измерительный прибор, что позволяет при погружении на одну и ту же глубину снимать более точные данные. Это позволяет использовать термопару на предприятиях, в которых необходима повышенная точность. Еще одной неотъемлемой частью устройства термопары является ее диапазон. Так как она состоит из определенного сплава металлов, то при снятии показаний некоторых температур используют различные термопары, это связанно с тем, что определенный сплав дает свой диапазон данных. Исходя из показаний графика, диапазон измерений рассматривается там, где значения показаний переходят из кривой пилообразного вида в прямую. Ниже приведены таблицы диапазона температур для разных видов термопар.
Так же преимуществом термопары является дистанция от устройства. Существуют термопары, которые снимая определенные данные передают их на переносное устройство, что позволяет снимать данные на значительном расстоянии от передатчика. Это упрощает наблюдения за показаниями, так как в любой момент времени можно запросить данные, которые необходимы для расчета определённых измерений.
Суть работы заключается в том, чтобы спроектировать и создать устройство, способное работать с несколькими видами термопар. В настоящее время существуют приборы, ограниченность которых состоит в том, что они зачастую неспособны работать с несколькими видами термопар, что может сулить собой внеплановые потери времени и финансов. Кроме того, важной частью такого устройства будет являться точность измерений, ведь масштабы применения термопар велики: промышленность, научные исследования, медицина, система автоматики и многое другое. Поэтому крайне важно спроектировать и создать такое устройство, которое одновременно будет способно инициализировать несколько типов термопар и выдавать необходимую точность. Немаловажной особенностью такого устройства является сохранение данных, полученных с термодатчика, на SD карту, ведь важной частью научных исследований часто бывает отчетность и возможность повторной обработки информации. Существует несколько способов реализации данного устройства с помощью аппаратного и программного подходов.
Целью работы является создание портативного устройства для термопар с предустановками, способного инициализировать несколько типов термопар и при этом выдавать заданную точность.
Предмет моей работы будет: минимизация погрешностей и устранение помех.
Объектом работы является изучение термопары, платформы Arduino и выявление причин возникновения погрешностей и помех.
В ходе работы было выявлено, что минимизировать погрешность и уменьшить помехи одновременно невозможно. Однако, было выявлено, что при устранении одной из проблем, вторая проблема неизбежно растёт. Впрочем, устраняя одну из проблем, можно сделать так, чтобы другая не изменяла своих показаний. Для реализации данного решения необходимо использовать как аппаратный, так и программный подходы. Используя аппаратный подход, мы уменьшаем помехи, возникающие при снятии показаний. А с помощью программного подхода не даём «вырасти» показаниям погрешности. В аппаратном подходе я использовал конденсатор с ёмкостью 0.001 мкФ. Это позволило получить более «чистые» значения. С помощью программного подхода мы смогли добиться того, что показания погрешности остались постоянными, то есть совпадают со значениями, которые были получены до внесения конденсатора в цепь. Данные, полученные с показаний, приведены в пунктах 2.4 - 2.6. Цель работы в ходе исследования была скорректирована относительно полученной мной информации. Из этого сделан вывод, что устройство пригодно для использования, если не требуется одновременно и точность, и отсутствие помех
