Дипломная работа - Программно-аппаратный комплекс для измерения температуры
Подождите немного. Документ загружается.
92
Таблица 2.3.1 Наименование параметров прибора.
Наименование параметра
Заводская
установка
Условное обозначение
параметра
Сетевой адрес 1 1..240
Скорость обмена 9600
300,600,1200,2400,4800,
9600 и 19200 бит/с
Тип первичного преобразователя Сu50(1,428) По таблице 12.2
Контроль обрыва входной цепи [ V ] Включён/выключен
Схема подключения ТС
3-х
проводная
2-х,3-х,4-х проводная
Минимум диапазона преобразования
унифицированного сигнала
0 -1999…9999
Максимум диапазона преобразования
унифицированного сигнала
20 -1999…9999
Кол-во измерений для усреднения
входного сигнала
3 1..10
Кол-во измерений для мажоритарного
срабатывания реле
2 1..8
Функция извлечения квадратного корня
для унифицированного сигнала
Выключена Включёна/выключена
Функция линеаризации квадратного корня
вблизи нуля
Выключена
0,5%;1%;2%;3%; и
выключена
Токовый диапазон 1-го канала 4..20mA
0..5mA;4..20mA;0..20mA
и выключен
Значение тока ошибки для 1-го канала в
% от Imax (макс.токового диапазона)
105 1..110
Минимум диапазона преобразования 1-го
канала
-50 -1999…9999
Максимум диапазона преобразования 1-го
канала
200 -1999…9999
Токовый диапазон 2-го канала 4..20mA
0..5mA;4..20mA;0..20mA
и выключен
Значение тока ошибки для 2-го канала в
% от Imax (макс.токового диапазона)
105 1..110
Минимум диапазона преобразования 2-го
канала
-50 -1999…9999
Максимум диапазона преобразования 2-го
канала
200 -1999…9999
Количество разрядов после запятой 3 0,1,2 или 3
Пароль на изменение уставок 0 -1999…9999
Уставка 1 15 -1999…9999
Уставка 2 15 -1999…9999
Уставка 3 85 -1999…9999
Гистерезис по 1-ой уставке 0 0..9999
Гистерезис по 2-ой уставке 0 0..9999
Гистерезис по 3-ой уставке 0 0..9999
Связь реле 1 с 1-ой уставкой 2
0,1 или 2 Связь реле 1 со 2-ой уставкой 0
Связь реле 1 с 3-ой уставкой 0
Состояние реле 1 при обрыве датчика 0 0 или 1
Связь реле 2 с 1-ой уставкой 0
0,1 или 2 Связь реле 2 со 2-ой уставкой 2
Связь реле 2 с 3-ой уставкой 0
Состояние реле 2 при обрыве датчика 0 0 или 1
Связь реле 3 с 1-ой уставкой 0
0,1 или 2 Связь реле 3 со 2-ой уставкой 0
Связь реле 3 с 3-ой уставкой 1
Состояние реле 3 при обрыве датчика 0 0 или 1
RL-сопротивление линии связи с ТС 0 0..9999
RC0-сопротивление компенсатора 0 0..9999
Коррекция нуля 0 -1999…9999
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
93
Таблица 2.3.2 Перечень первичных преобразователей
Условное
обозначение
НСХ первич-
ного преоб-
разователя
W
100
Обозначение
типа первичного
преобразователя или
входного сигнала
Диапазон
электрических
сигналов по НСХ
Диапазон
измерений
в программе в меню
50М 1,428 Cu50(1,428) Cu85 39,23..92,78Ом
-50..+200˚С
53М Cu53(1,428) Cu83 41,58..98,34Ом
100М Cu100(1,428) Cu81 78,45..185,55Ом
50М 1,426 Cu50(1,426) Cu65 39,35..92,62Ом
53М Cu53(1,426) Cu63 41,71..98,17Ом
100М Cu100(1,426) Cu61 78,69..185,23Ом
50П 1,391 50П_200(1,391) PLH5 40,00..88,53Ом
100П 100П_200(1,391) PLH1 80,00..177,05Ом
Pt100 1,385 Pt100_200(1,385) PLb1 80,31..175,89Ом
50П 1,391 50П(1,391) PtH51 40,00..158,56Ом
-50..+600˚С 100П 100П(1,391) PtH1 80,00..317,17Ом
Pt100 1,385 Pt100(1,385) Ptb1 80,31..313,71Ом
ТХК(L) - ТХК(L) HE -3,005..49,108мВ -50..+600˚С
ТЖК(J) - ТЖК(J) FC -2,431..63,792мВ -50..+1100˚С
ТХА(К) - ТХА(К) HA -1,889..52,410мВ -50..+1300˚С
ТПП(S) - ТПП(S) PPS 0..17,947мВ
0..+1700˚С
ТПП(R) - ТПП(R) PPr 0..20,222мВ
ТПР(В) - ТПР(В) Pr 0,431..13,591мВ +300..+800˚С
ТВР(А-1) - ТВР(А-1) BP 0..33,640мВ 0..+2500˚С
С унифици-
рованным
выходным
сигналом
- U 0..75mV U075 0..75мВ 0..75мВ
- U 0..100mV U100 0..100мВ 0..100мВ
- I 0..5mA T05 0..5мА 0..5мА
- I 4..20mA T420 4..20мА 4..20мА
- I 0..20mA T020 0..20мА 0..20мА
Сопротив-
ление
- R 0..320 Om rr 0..320Ом 0..320Ом
При подключении термометра сопротивления по 2-х
проводной схеме необходимо учитывать сопротивление
соединительных проводов. А при подключении к прибору
термоэлектрического термометра возникает необходимость
компенсировать температуру «холодного спая». В
программе для настройки проборов серии ИПМ0399М3
предусмотрена такая функция, как калибровка линий связи
и калибровка сопротивления компенсатора. Перед
калибровкой сопротивления линии связи необходимо
замкнуть накоротко контакты термометра сопротивления в
месте подключения к двухпроводной линии связи. Далее
нужно нажать на кнопку «Калибровка» и в появившемся
диалоговом окне нажать на кнопку .
После этого программа вычислит значение сопротивления
линии связи и запишет его в строке параметров RL. Эти
данные необходимо будет записать в прибор.
Для калибровки сопротивления компенсатора необходимо
поместить ТП в льдо-водяную смесь до достижения
теплового равновесия, т.е. когда изменения показаний
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
94
температуры не должны превышать 0,3˚С/мин. После этого
нажать кнопку . На индикаторе ИПМ
последовательно появятся сообщения «CLbr»-«done»-
«nrdY»-«0.0». По завершению градуировки необходимо
закрыть окно. Значение сопротивления компенсатора будет
указано в строке RС0. После этого прибор готов к
работе.
После редактирования всех необходимых параметров и
калибровки к прибору нужно подключить выбранный
первичный преобразователь. Необходимо отметить, что
подключение преобразователей разных типов имеет
различные схемы подключения (Рис 2.3.8).
Рис.2.3.8 Схемы подключения ПП к ИПМ0399Ех/М3
В нашем случае мы подключаем термоэлектрический
термометр и термометр сопротивления по 4-х проводной
схеме подключения. Если первичный преобразователь
подключён правильно, то на дисплее ИПМ сразу появится
цифровое значение измеряемого параметра. В случае если
на дисплее появилось сообщение «brdr» это означает, что
первичный преобразователь неверно подключен или
значение параметра выходит за пределы измерений. Для
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
95
устранения этой ошибки необходимо проверить
правильность подключения и диапазон измерения прибора.
В случае необходимости диапазон следует изменить. Если
на дисплее ИПМ появилось сообщение «CUT» это означает,
что произошёл обрыв цепи в схеме подключения первичного
преобразователя.
В программе настройки есть ещё такая функция, как
измерение параметра и отображение графика на мониторе
компьютера в реальном времени (рис.2.3.9). Для
просмотра графика необходимо открыть закладку
«Измерение» в программе и нажать кнопку измерение.
Сразу после этого в окне «Измеренное значение» появится
численное значение параметра с точностью до пятого
знака после запятой. Во второй половине окна будет
отображён график измерения параметра в реальном
времени.
Рис.2.3.9 Отображение графика.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
96
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе выполнения экспериментальной части проекта
были проведены измерения температуры с помощью
различных измерительных каналов. Для осуществления
этого была сформирована устойчивая температурная
отметка – кипящая вода. Температура контролировалась
образцовым стеклянным термометром с ценой деления 0,1
0
С.
Полученные результаты приведены в таблице 3.1
Таблица 3.1 Результаты измерений
Измеряемый
параметр
t
0
C
Прибор
Р4833
ИПМ0399/М3
R
(ТСП)
R
(ТСМ)
термоЭ
ДС
(ТХК)
t(ТСП) t(ТСМ) t(ТХК)
Кипящая
вода
98,55
0
С
138,67
(Ом)
142,58
(Ом)
4,84mV 98,85
0
С
98,83
0
С
98,53
0
С
3.1 Измерительные каналы с термосопротивлением ТСМ
Рис 3.1.1 Структурная схема измерительного канала ТСМ-Р4833
-термопреобразователь ТСМ-100М (КТСМ-0193-01, класс В,
0
0
С..+150
0
С, W
100
=1,4280);
-прибор измерительный образцовый Р4833.
Рис 3.1.2 Схема измерительного канала с датчиком ТСМ-100М
-термопреобразователь ТСМ-100М (КТСМ-0193-01, класс В,
0
0
С..+150
0
С, W
100
=1,4280);
-измерительный преобразователь модульный ИПМ0399/М3
(вход: датчик ТСМ-100М, 0
0
С..+150
0
С, W
100
=1,4280; выход
4..20мА, RS-232);
-персональный компьютер.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
97
Расчёт погрешности для ИК ТСМ(100М)-Р4833.
Для медных ТС в диапазоне температур от 0
0
С до 200
0
С
обратная функция НСХ следующая:
(
)
ARt /1/Rt
0
−=
; (3.1.1)
где t - температура по МТШ-90
0
С;
R
t
– сопротивление при температуре t, Ом;
R
0
– номинальное сопротивление при температуре 0
0
С, Ом;
А=4,28*10
-3 0
С
-1
.
48,99
1028,4
4258,0
1028,4
1
100
58,142
1
t
33
0
=
⋅
=
⋅
−
=
−
=
−−
A
R
R
t
0
С; (3.1.2)
Формула для определения абсолютной погрешности
прибора Р4833:
(
)
XС +⋅⋅⋅±=∆
−−
n
12
R1010
; (3.1.3)
где С=0,1; R
n
=10
3
; Х=142,58 (таблица 3.2.1).
(
)
242,058,2421058,1421000101,010
312
≈⋅=+⋅⋅⋅±=∆
−−−
(Ом);
Формула для определения абсолютной погрешности ТСМ
класса В:
(
)
(
)
147,148,990065,05,0t0,00650,5t =⋅+±=⋅+±=∆
0
С;
(3.1.4)
Интерполяционная зависимость для рабочих медных
термометров сопротивления:
(
)
( )
⋅+⋅=
⋅+⋅=
202
10t1
1
1R
tARR
tAR
t
; (3.1.5)
tARtARRtARRR
∆
⋅
⋅
=
⋅
⋅
−
−
⋅
⋅
+
=
∆
0200100
;
49,0147,11001028,4RR
3
0
=⋅⋅⋅=∆⋅⋅=∆
−
tA
(Ом);
Формула для определения абсолютной погрешности
измерительного канала:
2
2
2
1
∆+∆=∆
(3.1.6)
546,029850585,024,0242,00,49
22
==+=+=∆
(Ом);
Определим действительное значение сопротивления:
(
)
(
)
179,14255,981028,411001
3
0
=⋅⋅+⋅=⋅+⋅=
−
tR α
98,55
R
(Ом); (3.1.7)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
98
Таблица 3.1.1 Результаты вычислений
Измеренная
температура
Действительное
значение
сопротивления
R ТСМ
|
R
∆
|
t
∆
98,55 142,179 142,58 0,401 0,93
Расчёт погрешности для ИК ТСМ(100М)-ИПМ0399/М3.
Измеренная температура на дисплее ИПМ во время
проведения эксперимента составляла: 98,83
0
С.
Формула для определения абсолютной погрешности ТСМ
класса В:
(
)
(
)
142,183,980065,05,00065050 =⋅+±=⋅+±=∆ t,,t
0
С; (3.1.8)
В руководстве по эксплуатации для ИПМ0399/М3,
работающих в комплекте с ТСМ в диапазоне преобразования
--50÷+200
0
С задаются пределы допускаемой основной
приведенной погрешности
,%
0
γ
, при этом
(
)
*,
+
±
=
20
γ
;
где *-одна единица последнего разряда, выраженная в
% от диапазона преобразования.
В ИПМ используется 10-ти разрядный АЦП, т.е. n=10.
Поэтому
CЕМР
0
244,0
1
2
250
≈
−
=
n
. Т.к. % от диапазона
преобразования
%0976,0100
250
244,0
0
=⋅
С
(3.1.9)
Таким образом погрешность ИПМ для данного канала:
(
)
%2976,00976,02,0 =+±=γ
т.к.
100⋅
∆
=
n
Х
γ
;
отсюда
C
Х
С
00
745,0
100
250298,0
100
=
⋅
=
⋅
=∆
n
γ
; (3.1.10)
Формула для определения абсолютной погрешности
измерительного канала:
2
2
2
1
∆+∆=∆
; (3.1.11)
C,
02
34,155,029,1745,0141 =+=+=∆
2
;
т.к.
574,01001028,434,1
3
=⋅⋅⋅=⋅⋅∆=∆
−
α
0
RtR
(Ом); (3.1.12)
(
)
(
)
29,14283,981028,411001
3
=⋅⋅+⋅=⋅+⋅=
−
tα
098,55
RR
(Ом); (3.1.13)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
99
Таблица 3.1.2 Результаты вычислений
Измеренная
температура
Действительное
значение
сопротивления
R ТСМ
t
изм.ИПМ
|
R
∆
|
t
∆
98,55 142,179 142,29
98,83 0,111 0,28
3.2 Измерительные каналы с термосопротивлением ТСП
Рис 3.2.1 Структурная схема измерительного канала ТСП-Р4833
-термопреобразователь ТСП-100П (ТСП-100П, класс В,
+5
0
С..+155
0
С, W
100
=1,3910);
-прибор измерительный образцовый Р4833.
Рис 3.2.2 Схема измерительного канала с датчиком ТСП-100П
-термопреобразователь ТСП-100П (ТСП-100П, класс В,
+5
0
С..+155
0
С, W
100
=1,3910);
-измерительный преобразователь модульный ИПМ0399/М3
(вход: датчик ТСП-100П, +5
0
С..+155
0
С, W
100
=1,3910; выход
4..20мА, RS-232);
-персональный компьютер.
Расчёт погрешности для ИК ТСП(100П)-Р4833.
Для 1/R
0t
≥R
(
)
Ct
0
0≥ ,обратная функция для НСХ,
позволяющая проводить расчёт температуры по
сопротивлению ТС с точностью до 0,002
0
С, следующая:
(
)
B
2
/14A
t
0
2
⋅
−−⋅⋅−
=
АRRB
t
; (3.2.1)
где t - температура по МТШ-90,
0
С;
R
t
– сопротивление при температуре t, Ом;
R
0
– номинальное сопротивление при температуре 0
0
С, Ом;
А=3,9690*10
-3
0
С
-1
; В=-5,841*10
-7
0
С
-2
.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
100
(
)
(
)
( )
( )
=
⋅−⋅
⋅−−⋅⋅−⋅−⋅
=
−
−
7
3-7
2
3-
10841,52
103,9690100/67,138110841,54103,9690
t
(
)
=
⋅
⋅−−⋅⋅+⋅
=
−−
6
375
1016821
1096903386701036423105751
-
-
,-
,,,,
=
⋅−
⋅−−⋅
=
−
−−
6
33
101682,1
109690,3903,075,1510
=
⋅−
⋅−⋅
−
−−
6
33
101682,1
109690,3857,1410
44,98
682,11
10115,0
10682,11
969,3854,3
4
4
−
⋅−
=
⋅−
−
=
−
(
0
С);
Формула для определения абсолютной погрешности
прибора Р4833:
(
)
XС +⋅⋅⋅±=∆
−−
n
12
R1010
; (3.2.2)
где С=0,1;
R
n
=10
3
;
Х=138,67 (таблица 3.2.1).
(
)
24,0238,067,2381067,1381000101,010
312
≈≈⋅=+⋅⋅⋅±=∆
−−−
(Ом);
Формула для определения абсолютной погрешности ТСП
класса В:
(
)
7924,055,98005,03,0t005,03,0 =⋅+=⋅+±=∆
0
С; (3.2.3)
Интерполяционная зависимость для платинового
термометра сопротивления для диапазона измерений от 0
0
С
до 850
0
С:
(
)
2
0t
1R tBtAR ⋅+⋅+⋅=
; (3.2.4)
где R
t
– сопротивление ТС, Ом при температуре t,
0
С;
R
0
– номинальное сопротивление ТС, Ом при температуре 0
0
С;
А=3,9690*10
-3
0
С
-1
; В=-5,841*10
-7
0
С
-2
.
(
)
( )
=>
⋅+⋅+⋅=
⋅+⋅+⋅=
2
220t2
2
110t1
1R
1R
tBtAR
tBtAR
=⋅⋅−⋅⋅−−⋅⋅+⋅⋅+=∆=−
2
20200
2
1010021
tBRtARRtBRtARRRRR
tt
(
)
(
)
2
2
2
10210
ttBRttAR −⋅⋅+−⋅⋅=
(
)
(
)
[
]
210021
tR ttBRARt
+
⋅
+
⋅
⋅
−
=
∆
; (3.2.5)
(
)
(
)
(
)
[
]
=+⋅⋅−⋅+⋅⋅⋅−=∆
−−
55,9829,9910841,5100109690,310055,9829,99
73
R
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
101
[
]
285,00,01155-0,39690,74
=
⋅
=
(Ом);
Формула для определения абсолютной погрешности
измерительного канала:
2
2
2
1
∆+∆=∆
; (3.2.6)
373,00,1388250,05760,08122524,0285,0
22
==+=+=∆
(Ом);
Определим действительное значение сопротивления:
(
)
(
)
=⋅⋅−⋅⋅+⋅=⋅+⋅+⋅=
−− 2732
098,55
55,9810841,555,98109690,311001R tBtAR
(
)
55,138005672,039114,01100 =−+⋅=
(Ом); (3.2.7)
Таблица 3.2.1 Результаты вычислений
Измеренная
температура
Действительное
значение
сопротивления
R ТСП
t
расч.
|
R
∆
|
t
∆
98,55 138,55 138,55
98,44 0,14 0,11
Расчёт погрешности для ИК ТСП(100П)-ИПМ0399/М3.
Измеренная температура на дисплее ИПМ во время
проведения эксперимента составляла: 98,85
0
С.
Формула для определения абсолютной погрешности ТСМ
класса В:
(
)
(
)
7939,085,980065,05,0005050 =⋅+±=⋅+±=∆ t,,t
0
С; (3.2.8)
В руководстве по эксплуатации для ИПМ0399/М3,
работающих в комплекте с ТСМ в диапазоне преобразования
--50÷+200
0
С задаются пределы допускаемой основной
приведенной погрешности
,%
0
γ
, при этом
(
)
*,
+
±
=
20
γ
;
где *-одна единица последнего разряда, выраженная в
% от диапазона преобразования.
В ИПМ используется 10-ти разрядный АЦП, т.е. n=10.
Поэтому
CЕМР
0
244,0
1
2
250
≈
−
=
n
. Т.к. % от диапазона
преобразования
%0976,0100
250
244,0
0
=⋅
С
(3.2.9)
Таким образом, погрешность ИПМ для данного канала:
(
)
%2976,00976,02,0 =+±=γ
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com