САПР устройств промышленной электроники

ДIout_250 = Iout_250 - Iout(250) = 1.79149•10^-7 А (7.6)

Чтобы провести оценку суммарной основной погрешности ИП, рассчитаем приведенную погрешность для шести равноотстоящих значений температуры (t = 150, 170, 190, 210, 230, 250 ⁰С) измеряемого диапазона:

(7.7)

(7.8)

(7.9)

(7.10)

(7.11)

(7.12)

С учетом линейности функции преобразования ИП, можно сделать вывод, что суммарная основная погрешность разработанного ИП не превышает допустимый предел (гдоп=0.5%).

8. Расчет погрешности от влияния разброса компонентов

Чтобы учесть при моделировании допускаемое отклонение сопротивления ТПС (класса допуска A) от своего номинального значения при 0 ⁰С, расчет погрешности от влияния разброса компонентов будем производить при минимальной температуре ТПС (Rt1=Rt2=79.113 Ом). Зададим для Rt1 и Rt2 модель резистора "RTEMP" без ТКС, но с разбросом масштабного множителя сопротивления (R), равным 0.05%

MODEL RTEMP RES (R=1 LOT=0.05%)

Разброс пассивных компонентов схемы ИП задавался для моделей резисторов и конденсаторов в соответствии с их процентным допуском при помощи ключевого слова LOT.

Для исследуемой схемы были получены следующие результаты (в момент времени 2.5 с от подачи входных сигналов) (рис. 39):

Iout_1 = 0.0079 мА

Iout_2 = 0.0100 мА

Iout_3 = -0.0177 мА

Iout_4 = -0.0137 мА

Iout_5 = -0.0038 мА

Iout_6 = 0.0132 мА

Iout_7 = 0.0008 мА

Iout_8 = 0.0094 мА

Iout_9 = 0.0178 мА

Iout_10 = 0.0097 мА

Рис. 39. Выходные сигналы при разбросе пассивных элементов схемы

Соответствующие приведенные погрешности составят:

(8.1)

(8.2)

(8.3)

(8.4)

(8.5)

(8.6)

(8.7)

(8.8)

(8.9)

(8.10)

Проведенная серия экспериментов показывает, что ни в одном случаев из 10 вариаций номиналов пассивных компонентов схемы ИП основная погрешность преобразования не превысила допустимый предел (гдоп=0.5%). Таким образом, можно сделать вывод, что измерительный преобразователь соответствует заданному классу точности 0.5.

9. Расчет ИП на влияние температуры (расчет дополнительной погрешности ИП от влияния температуры окружающей среды)

Согласно ГОСТ 13384-93 (СНГ), допускаемая дополнительная погрешность преобразователей, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах, установленных рабочими условиями применения, на каждые 10 ⁰С для преобразователей класса точности 0.5 (гдоп = 0.5%) не должна превышать 0.5 предела допускаемой основной погрешности, т.е. 0.25%.

С учетом того, что анализ схемы ИП проводился при 27 ⁰С, определим с помощью Transient-анализа MicroCAP выходной сигнал ИП при изменении температуры ИП до крайних значений рабочего температурного диапазона ИП (0...60) ⁰С. Расчет производится при максимальной температуре ТПС (Rt1 = Rt2 = 97.7935 Ом).

Значение выходного тока при температуре ИП 27 град С было определено в п.6: Iout_IP_27 = 5.0000 мА

Т.к. ТКС резисторов R15, R16 и R22 (типа С2-29В) в диапазоне температур (0...+20)⁰С составляет +-75E-6 [1/⁰С], а в диапазоне температур (+20...+60)⁰С составляет +-25E-6 [1/⁰С], определим модуль их эквивалентного линейного ТКС для температуры +60 ⁰С:

(9.1)

В текстовом окне MicroCAP изменяем модель резистора "S2-29V+": MODEL S2-29V+ RES (R=1 LOT=0.1% TC1=41.67E-6)

Проведем анализ для температуры ИП 60 ⁰С рис. 40: Iout_IP_60 = 4.9095 мА

Рис. 40. Анализ схемы при температуре ИП 60 ⁰С

Определяем усредненную дополнительную погрешность от влияния температуры на ИП в диапазоне (27...60) ⁰С:

(9.2)

Проведем анализ для температуры ИП 0 ⁰С рис. 41: Iout_IP_0 = 5.0324 мА

Рис. 41 Анализ схемы при температуре ИП 0 ⁰С

Определяем усредненную дополнительную погрешность от влияния температуры на ИП в диапазоне (0...27) ⁰С:

(9.3)

Вывод: дополнительная погрешность от влияния температуры на каждые 10 ⁰С рабочего диапазона ИП (0..60 ⁰С) примерно в два раза превышает 0.5 предела допускаемой основной погрешности (0.25%). Это обусловлено тем, что мы моделировали ИП на наихудший случай его работы.

Заключение

В данной курсовой работе был спроектирован и смоделирован в системе Micro Cap 7.0 измерительный преобразователь на основе датчика температуры. В качестве датчика служит термопреобразователь сопротивления (ТПС). Это первичный измерительный преобразователь, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. ТПС изготовлен из платины, что дает большое преимущество над другими ТПС, так как платина обладает самой лучшей воспроизводимостью характеристик.

Данное устройство обладает следующими характеристиками:

1. Диапазон измеряемых температур: 150….250 ^oC

2. Рабочий диапазон температуры: 0….60 ^oC

3. Материал из которого изготовлен ТПС: Pt

4. Тип выходного сигнала: ток

5. Диапазон выходного сигнала: 0…5 мА

6. Класс точности ИП: 0.5%

7. Дополнительная погрешность ИП: не более 0.548

Дополнительная погрешность от влияния температуры на каждые 10 ⁰С рабочего диапазона ИП (0..60 ⁰С) примерно в два раза превышает 0.5 предела допускаемой основной погрешности (0.25%). Это обусловлено тем, что мы моделировали ИП на наихудший случай его работы. Для этого мы задавали соответствующим образом ТКС резисторов. В реальности же все намного лучше. Вероятность того, что ТКС резисторов будут в реальной схеме таковы, что погрешность превысит допустимую, очень мала. Учитывая этот факт, мы можем с достаточной уверенностью сказать, что этот проект может быть реализован на практике и быть использован по назначению.

Благодаря использованию четырехпроводной схемы измерения температуры в данной схеме отсутствует методическая погрешность от влияния сопротивлений связи r и их разброса Дr, что является достоинством данного измерительного преобразователя. Еще одним достоинством является возможность настройки схемы с помощью резисторов R18* и R20*, что позволяет получить наименьшую погрешность измерительного преобразователя.

Таким образом, спроектированный измерительный преобразователь обеспечивает все заданные метрологические характеристики.

Литература

электрический температура погрешность измерительный

1. ГОСТ 13384-93 (СНГ). Преобразователи измерительные для термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний. - Введ. 01.01.1996. - Мн.: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1996.

2. ГОСТ 26.011-80 (СССР). Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные. - Введ. 01.01.1982. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1982.

3. ГОСТ 6651-94 (СНГ). Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний. - Введ. 01.01.1996. - Мн.: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1996.

4. ГОСТ 8.401-80 (СССР). Классы точности средств измерений. Общие требования. - Введ. 01.07.1981. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1981.

5. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоиздат, 1988.

6. Гутников В. С. Фильтрация измерительных сигналов. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.

7. Измерения в промышленности. Справ. изд. В 3-х кн. Кн. 2. Способы измерения и аппаратура: Пер. с нем./ Под ред. Профоса П. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990.

8. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов./ Н.Н. Евтихиев, Я.А. Купершмитдт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров; Под общ. ред. Н.Н. Евтихиева. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

9. Карпов В.А., Крышнев Ю.В. Практическое руководство к лабораторным работам № 3 - 8 «Проектирование фильтров нижних частот Чебышева и Баттерворта» по дисциплине «САПР устройств промышленной электроники» для студентов специальности Т.07.02.01. - Гомель, ГПИ им. П.О. Сухого, 1998 (м/ук № 2235).

10. Карпов В.А., Крышнев Ю.В. Практическое руководство к лабораторным работам № 9 - 12 «Проектирование преобразователей «напряжение-ток»» по дисциплине «САПР устройств промышленной электроники» для студентов специальности Т.07.02.01. - Гомель, ГГТУ им. П.О. Сухого, 2000 (м/ук № 2435).

11. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

12. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984.

13. Пайтон А. Дж., Уолш В. Аналоговая электроника на ОУ. Практическое руководство. - Пер. с англ. - М.: БИНОМ, 1994.

14. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. - Изд. «Солон», 1997.

15. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. - Мн.: Беларусь, 1994.

16. Резисторы: Справочник. Под ред. И.И. Четверткова и Н.Я. Четверткова - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и Связь, 1991.

17. Хорн П. Проектирование активных фильтров: пер с англ. - М.: Мир, 1984.

18. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х томах с дополнением. - Пер. с англ. - Т. 1. - М.: Мир, 1983.

19. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х томах с дополнением. - Пер. с англ. - Т. 2. - М.: Мир, 1983.

20. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник./ С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон и др.; под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989.

Размещено на Allbest.ru