ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 6
1.1 Контактное измерение температуры 6
1.1.1 Т ермометры расширения 6
1.1.2 Жидкостные стеклянные термометры 8
1.1.3 Биметаллические и дилатометрические термометры 9
1.1.4 Жидкостные манометрические термометры 11
1.1.5 Т ермометры сопротивления 13
1.1.6 Т ермоэлектрические термометры 16
1.2 Бесконтактное измерение температуры 19
ГЛАВА 2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ АНАЛОГОВ ПРИБОРА И ВЫБОР
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 21
2.1 Требуемые технические характеристики устройства 21
2.2 Принцип дифференциального измерения температуры 22
2.3 Разработка схемы электрической функциональной 23
2.4 Обзор аналогов дифференциальных термометров 23
2.5 Обзор интегральных датчиков температуры 25
2.6 Обзор отладочных плат для микроконтроллеров 27
2.7 Виды индикаторов для отображения результатов измерений 30
2.8 Память для хранения измерений температуры 31
ГЛАВА 3. ПРОЕКТ ПРОТОТИПА ЛАБОРАТОРНОГО
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРМОМЕТРА 33
3.1 Датчик температуры DS18B20 33
3.2 Отладочная плата Arduino с микроконтроллером ATmega328 34
3.3 Дисплей LCD1602 35
3.4 Модуль для подключения карты памяти microSD 36
3.5 Разработка схемы электрической принципиальной 37
3.6 Блок-схемы программы 38
3.6.1 Блок-схема программы для взаимодействия с датчиками
температуры 39
3.6.2 Блок-схема программы выбора режима измерений 40
3.6.3 Блок-схема программы вывода температуры на дисплей 41
3.6.4 Блок-схема программы сохранения температуры в память 42
3.7 Внешний вид прототипа лабораторного дифференциального термометра 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 45
ПРИЛОЖЕНИЕ 48
Из всех физических величин наиболее часто измеряемой является температура. Точное измерение и тщательный контроль температуры необходимы везде: в гидрологии, метеорологии, различных отраслях хозяйства и промышленности, в медицине и во множестве других наук.
В частности, следить за температурой нужно во время различных опытов в химических лабораториях Алтайского государственного университета. На данный момент сотрудникам химического факультета необходимо измерять разность температур различных растворов, следовательно, для этого им нужен специальный прибор — дифференциальный термометр.
Помимо основной функции — дифференциальное измерение температуры, устройство должно иметь возможность проведения абсолютного измерения температуры. В термометре необходимо наличие функции автоматической калибровки. Прибор должен хранить значения измеренной температуры в памяти. Текущую температуру нужно отображать на дисплее. Предполагаемый диапазон измерений температуры от 0 до +120 °С, с погрешностью не хуже 0,5 °С. Датчики должны иметь влагозащищенный и устойчивый к химическим воздействиям корпус, так как они будут погружаться в различные растворы.
Цель дипломной работы — спроектировать и собрать прототип дифференциального термометра для сотрудников химического факультета Алтайского государственного университета.
Прототип лабораторного дифференциального термометра разработан. Проведены испытания по измерению температуры, при этом для проверки точности измерений в качестве эталона использовался ртутный термометр. Относительная погрешность измерений дифференциального термометра не превышала 0,5 °С до +85 °С. Добиться такой погрешности во всем диапазоне измеряемой температуры не удалось. Корпус датчиков хорошо справляется с защитой от попадания в них влаги. Переключение режимов измерений происходит по нажатию клавиши, на дисплей выводится разность температур, либо абсолютные показания температуры. Объем памяти для хранения результатов измерений составляет 512 Мбайт, карты памяти меньшего объема найти не удалось.
Итоговые технические характеристика прибора:
• диапазон измерения температуры от 0 °С до + 120 °С;
• погрешность измерения температуры 0,5 °С в диапазоне от 0 °С до +85 °С;
• объем памяти: 512 Мбайт;
• индикация температуры на дисплее;
• режимы измерения разности температур и абсолютного значения температуры;
• размеры 150x100x45 мм;
• вес 285 гр.
