Обоснование выбора первичных преобразователей информационно-измерительного комплекса исследования теплоотводов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (59) декабрь 2013 г.

Дата публикации: 26.11.2013

Статья просмотрена: 411 раз

Библиографическое описание:

Меркульев А. Ю., Юрков Н. К. Обоснование выбора первичных преобразователей информационно-измерительного комплекса исследования теплоотводов // Молодой ученый. — 2013. — №12. — С. 150-152. — URL https://moluch.ru/archive/59/8441/ (дата обращения: 21.10.2018).

Кратко рассмотрены основные средства, применяемые при контактном и бесконтактном измерении температуры, отмечены их достоинства и недостатки. На основе анализа характеристик интегральных датчиков температуры со встроенным аналого-цифровым преобразователем, обоснован их выбор в качестве первичных преобразователей информационно-измерительного лабораторного комплекса исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоаппаратуры.

Ключевые слова: первичный преобразователь, датчик температуры, термопара, пирометр, АЦП, информационно-измерительный комплекс, теплоотвод.

Briefly describes the main tools used in contact and noncontact temperature measurement, their advantages and disadvantages. Based on the analysis of the integrated temperature sensor with built-in analog-digital converter, justified their selection as the primary transmitters of information-measuring complex laboratory study heatsinks and cooling systems of radio equipment.

Key words: primary transmitter, temperature sensor, thermocouple, pyrometer, ADC, information-measuring complex, heatsink.

Одной из главных задач при проектировании информационно-измерительного комплекса (ИИК) исследования теплоотводов [1] является выбор способа измерения температуры и непосредственно элементов первичного преобразования– температурных датчиков. Ниже приводится обоснование выбора температурного датчика со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) типа DS1631 как элемента первичного преобразования информации об измеряемой температуре исследуемого объекта.

Известно, что при измерении температуры объекта используется один из двух методов, контактный и бесконтактный (неразрушающий). При контактных измерениях температуры поверхноститела обычно применяют термопары, термометры сопротивления, датчики температуры со встроенным АЦП.

Термопары — наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения. Термопара состоит из двух различных проводников, одни концы которых соединены между собой (спаяны, сварены, скручены и т. д.), а вторые — подключены к измерительному прибору. Серьезным недостатком рассмотренного выше контактного способа измерения температуры с помощью термопары является необходимость введения датчика в контролируемую среду, в результате чего происходит искажение исследуемого температурного поля. К тому же хорошо известно [2], что все контактные теплоприемники, в том числе и термопары, измеряют не температуру среды, поверхности тела или части его объёма, а свою собственную температуру. Задача экспериментального исследования состоит в том, чтобы создать такие условия измерения, при которых температура чувствительного элемента не отличалась бы от измеряемой температуры среды, тела в пределах требуемой точности измерений. Решение этой задачи не всегда возможно, тогда показания теплоприемника нуждаются во введении поправок. Инструментальные погрешности измерительного комплекса достаточно изучены, и их значения приводятся в соответствующей технической документации.

От этих недостатков свободны пирометры — бесконтактные датчики, действие которых основано на использовании излучения нагретых тел.

Использующие энергию излучения нагретых тел пирометры делятся на радиационные, яркостные и цветовые [3].

Радиационные пирометры используются для измерения температуры от 20 до 2500°С, причем прибор измеряет интегральную интенсивность излучения реального объекта; в связи с этим при определении температуры необходимо учитывать реальное значение коэффициента неполноты излучения.

Яркостные (оптические) пирометры используются для измерения температур от 500 до 4000°С. Обеспечивают более высокую точность измерений температуры, чем радиационные. Их основная погрешность обусловлена неполнотой излучения реальных физических тел и поглощением излучения промежуточной средой, через которую производится наблюдение.

Цветовые пирометры основаны на измерении отношения интенсивностей излучения на двух длинах волн, выбираемых обычно в красной или синей части спектра. Главным преимуществом цветовых пирометров над остальными является то, что неполнота излучения исследуемого объекта не вызывает погрешности изменения температуры.

В современных информационно-измерительных системах, в том числе и научно-исследовательского назначения все чаще используются датчики температуры со встроенным АЦП. Эти датчики самостоятельно оцифровывают значение температуры своего корпуса, и передают информацию в цифровом коде по стандартному интерфейсу.

Классифицировать датчики со встроенным АЦП удобно по выходному интерфейсу. Для цифровых интегральных датчиков температуры распространёнными являются интерфейсы: 1-Wire(скорость обмена не более 125кбит/с) и двухпроводной двухнаправленный интерфейс I2C обеспечивающий последовательную передачу данных со скоростью до 400 кбит/с.

Структура цифрового интегрального датчика температуры с интерфейсом I2C показана на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема цифрового интегрального датчика температуры DS1631

Как видно из рисунка помимо основных узлов обеспечивающих измерение и дискретизацию температуры, датчик содержит компаратор, переключающийся при заданной специальным регистром температуре. Наличие встроенного компаратора позволяет использовать датчик в системах термостатирования.

Итак, термопары позволяют надёжно измерять температуру в достаточно широком диапазоне, но их применение не лишено недостатков, в частности необходимо обеспечить надёжный контакт с исследуемым объектом [2,5]. Дополнительно, применение контактных термопар требует последующей обработки поступающего с них напряжения. Такая обработка, как минимум, должна включать усиление напряжения и его оцифровку. Этого недостатка лишены температурные датчики со встроенным АЦП. Эти датчики содержат в себе устройства квантования аналогового сигнала содержащего информацию о температуре исследуемого объекта, и один из стандартных интерфейсов связи с другими микросхемами, в частности с управляющим микроконтроллером [6–10]. Безусловно, всех недостатков контактного способа лишены пирометры. Однако, как справедливо замечено в исследовании [5], они слишком дороги для применения в учебном оборудование, и нужной для исследования теплоотводов радиоаппаратуры разрешающей способностью, обладают только модели пирометров верхнего ценового диапазона. К тому же, как показывает многолетний опыт авторов, для организации эффективного изучения работы теплоотводов и систем охлаждения достаточно возможностей цифровых интегральных датчиков температуры. Таким образом, для применения в ИИК [11] исследования теплоотводов можно рекомендовать контактный способ измерения температур [12, 13], основанный на использовании датчиков температуры со встроенным АЦП.

Литература:

1.        Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, П. Г. Андреев, В. А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162–166.

2.        Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по спец. «Конструир. и произв. радиоаппарартуры». — М.: Высш. шк., 1984. — 247 с.

3.        Белозеров А. Ф., Омелаев А. И., Филиппов В. Л. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике. // Оптический журнал, 1998, № 6, с.16.

4.        DS1631, DS1631A, DS1731 High-Precision Digital Thermometer and Thermostat: [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/3241

5.        Горячев Н. В. Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде / Н. В. Горячев // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. проф. Н. К. Юркова. — Пенза: Изд-во ПГУ. — 2011. — Вып. 16. — С. 69–73.

6.        Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 239–240.

7.        Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.

8.        Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.

9.        Горячев Н. В. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385–391.

10.    Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.

11.    Падолко Е. П. Основные понятия имитационного моделирования и построение имитационной модели системы массового обслуживания / Е. П. Падолко // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 43–45.

12.    Горячев Н. В. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. М. Трифоненко, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.

13.    Горячев Н. В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534–540.

Основные термины (генерируются автоматически): интегральный датчик температуры, датчик температуры, пирометр, датчик, встроенный аналого-цифровой преобразователь, информационно-измерительный комплекс, цифровой интегральный датчик, ADC, неполнота излучения, измерение температуры, недостаток, термопара, температура, том.


Ключевые слова

АЦП, первичный преобразователь, датчик температуры, термопара, пирометр, информационно-измерительный комплекс, теплоотвод.

Похожие статьи

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент...

В статье рассматривается десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь, который может являться базовым элементом для создания учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин.

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Точное измерение температуры тела важно во многих областях, в частности, в медицине.

Емкость температурного датчика можно непосредственно измерять с помощью сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя

Имитационная модель цифрового датчика давления.

Программное обеспечение цифрового термометра

Рис. 3. Принципиальная схема цифрового датчика температуры. В своей работе мы используем датчик DS18B20.

Литература: 1. Данилов О. Е. Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент учебного компьютерного измерительного комплекса...

Усовершенствованный метод измерения температуры

Опишем принцип измерения высокой температуры низкотемпературными датчиками.

Рис. 1. Конструкция датчика температуры.

Поскольку, как мы уже упоминали выше, точность измерения температуры интегральными цифровыми термометрами может достигать 0,01...

Температурный датчик на основе инфракрасного приёмника

Датчик температуры.

1) При измерении температуры помещения, в котором находится датчик, микроконтроллер выполняет программу под выбранным номером.

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

К датчикам температуры относят:  термопары;  интегральные датчики;  биметаллические

В качестве примера датчика для контроля температуры заготовки можно привести датчик температуры m&h IRP25.50-TP представленный на рис. 1.

Применение контактного способа измерения температуры...

Однако в начале 90-х годов прошлого столетия разработаны и с успехом используются по сей день датчики температуры со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

К вопросу обеспечения термокомпенсации синтезатора частоты...

Использование для диагностики бесконтактных датчиков температуры имеет следующие преимущества, перед контактными

11. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев...

Ключевые слова: виртуальный прибор, датчик температуры...

аналоговый датчик температуры, датчик температуры, выход датчика, аналого-цифровой преобразователь, аналоговый датчик, окно приложения, измерительный комплекс, USB-COM, виртуальный прибор...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент...

В статье рассматривается десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь, который может являться базовым элементом для создания учебного компьютерного измерительного комплекса с аналоговыми датчиками физических величин.

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Точное измерение температуры тела важно во многих областях, в частности, в медицине.

Емкость температурного датчика можно непосредственно измерять с помощью сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя

Имитационная модель цифрового датчика давления.

Программное обеспечение цифрового термометра

Рис. 3. Принципиальная схема цифрового датчика температуры. В своей работе мы используем датчик DS18B20.

Литература: 1. Данилов О. Е. Аналого-цифровой преобразователь как базовый элемент учебного компьютерного измерительного комплекса...

Усовершенствованный метод измерения температуры

Опишем принцип измерения высокой температуры низкотемпературными датчиками.

Рис. 1. Конструкция датчика температуры.

Поскольку, как мы уже упоминали выше, точность измерения температуры интегральными цифровыми термометрами может достигать 0,01...

Температурный датчик на основе инфракрасного приёмника

Датчик температуры.

1) При измерении температуры помещения, в котором находится датчик, микроконтроллер выполняет программу под выбранным номером.

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

К датчикам температуры относят:  термопары;  интегральные датчики;  биметаллические

В качестве примера датчика для контроля температуры заготовки можно привести датчик температуры m&h IRP25.50-TP представленный на рис. 1.

Применение контактного способа измерения температуры...

Однако в начале 90-х годов прошлого столетия разработаны и с успехом используются по сей день датчики температуры со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

К вопросу обеспечения термокомпенсации синтезатора частоты...

Использование для диагностики бесконтактных датчиков температуры имеет следующие преимущества, перед контактными

11. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев...

Ключевые слова: виртуальный прибор, датчик температуры...

аналоговый датчик температуры, датчик температуры, выход датчика, аналого-цифровой преобразователь, аналоговый датчик, окно приложения, измерительный комплекс, USB-COM, виртуальный прибор...

Задать вопрос