Разработка электронного устройства для бесконтактного измерения температуры плазмы.

     Излучение спектральной линии, проходя через  спектрограф, попадает на фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ-19А). Фотоэлектронный умножитель преобразует световой поток в фототок и усиливает его в 10¹³ раз. С помощью делителя с выхода ФЭУ снимается напряжение, имеющее отрицательную полярность. АЦП, встроенный в МП предназначен для преобразования аналоговых сигналов напряжения с датчиков физических величин в диапазоне от 0 до +5 В. Следовательно необходимо инвертировать напряжение. Для этого используется инвертирующий операционный усилитель. Инвертированное напряжение положительной полярности подается на аналоговый вход микропроцессора фирмы Motorolla. АЦП оцифровывает аналоговый сигнал и на МП поступает сигнал запроса прерывания на обработку цифрового двоичного кода.

     Микроконтроллер фирмы Motorolla DD1 производит расчет температуры по формуле (1.31) приведенной ниже, исходя из данных полученных из АЦП (интенсивности плазмы и интенсивности плазмы и лампочки). 

      , (1.31) 

     где    =const

               =const

               J_п – интенсивность плазмы

               J_л – интенсивность лампочки

               J_пл – интенсивность плазмы и лампочки

     

     Рассчитав температуру, МП выводит полученное значение на дешифраторы DD2-DD4. Здесь это значение температуры преобразуется в семисегментный код и выдается на цифровые индикаторы HG1-HG3 . Полученное истинное значение температуры низкотемпературной плазмы (в пределах от 7000 до 20000 К) высвечивается на индикаторах в десятичной форме.

     Через последовательный порт микроконтроллера организован стандартный интерфейс персональным компьютером для отладки программного обеспечения в реальном времени в процессе проектирования и наладки системы.

     В качестве источников питания используются готовые стабилизированные источники питания.

     Полученное  значение температуры имеет относительную  погрешность не более 2%. 
 
 
 
 
 
 

     1.6 Расчет погрешности 

     Относительная погрешность измерения вычисляется как среднеквадратическое значение от инструментальной и методической погрешности.

     Рассчитаем  методическую погрешность 

      ,

      ,

      ,

      ,

      ,

      ,

     

      ,

     

     

     Подставив в последнюю формулу соответствующее  значение величин I_П, I_Л, I_ПЛ, Т_И, С₂, λ, учитывая что С₂=const и λ=const, получим следующее значение относительной методической погрешности:

      .

     Погрешность 8 – разрядного АЦП равна ±2 МЗР /1/. Ошибка полной шкалы вычисляется  по формуле: 

      ,

      .

     

     

     Погрешность 8 – разрядного микроконтроллера лежит в пределах ±1 МЗР /1/. 
 
 

     Полученное  значение относительной погрешности  не привышает заданное в техническом задании. 
 
 
 
 
 

Заключение

 

     Задачей проекта является разработка устройства, предназначенного для измерения истиной температуры низкотемпературной плазмы бесконтактным методом.

     Разработанное устройство соответствует следующим  условиям:

      диапазон  измерения температуры от 7000К  до 20000К;

      относительная погрешность не более 2%;

      непрерывное  измерение температуры.

      Согласно  техническому заданию были произведены  соответствующие расчеты и выбор  элементов. Обработка информации   и вычисление температуры по формуле производится 8-разрядным микроконтроллером фирмы Motorolla со встроенным АЦП, что увеличивает скорость, обеспечивает необходимую точность и надежность измерения , предоставляет возможность индикации выводимых параметров. Предусмотрен интерфейс с системой верхнего уровня.

     Разработаны  структурная и принципиальная схемы  устройства, алгоритм работы микроконтроллера. В конструкторской части разработана конструкция печатной платы. По всем параметрам устройство отвечает требованиям технологичности.

     Организационно  – экономическая часть содержит обоснование экономической целесообразности разработки устройства. В разделе «Безопасность и экологичность проекта» проведен анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации устройства. 
 
 
 

Список  литературы

1. Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений: от общих подходов –  к семействам НС05 и НС08 фирмы Motorola. /под ред. Кирюхина И.С. – М.: ДОДЭКА, 2000. – 272 с.
2. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1989. – 496 с., ил.
3. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 104 / Сост. В.А.  Никитин. – М.: ДОСААФ, 1989. – 79 с., ил.
4. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы. Конденсаторы. Справочное пособие. – М.: СОЛОН-Р, 2000. – 240 с.
5. Оптическая пирометрия плазмы: сб. статей, [пер. с англ.], под ред. Н. Н. Соболева. – М., 1960
6. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. – М.: Наука, 1982. – 296с.
7. http://lud.bmstu.ru - описание метода расчета температуры по относительной интенсивности спектральных линий
8. http://dealine.tomsk.fio.ru - описание ФЭУ
9. http://lab2.phys.spbu.ru - описание ФЭУ
10. http://sasoft.qrz.ru - описание преобразователя напряжения для ФЭУ
11. Кадышевич А.Е. Измерение температуры пламени. Физические основы и методы. – М.: Металлургиздат, 1961. – 218с.
12. Гордов А.Н. Основы температурных измерений. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 304с.: ил.
13. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: учебник для вузов. – М.: Высш. Школа, 1982. – 496с.: ил.
14. Нагибина И.М., Прокофьев В.К. Спектральные приборы и техника спектроскопии. Изд-е 2-е, доп. и перераб. – Л.: Машиностроение, 1967. – 324с.: ил.
15. www.labotech.ru - описание спектрографа.
16. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы: Справочник/ Кацнельсон Б.В, Калугин А.М., Ларионов А.С. Под ред. Ларионова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1985. – 864с.: ил.
17. Котлер Ф. Основы маркетинга. Пер. с англ.- 2-е Европ. Изд..- М.; СПб; - К.: ВИЛЬЯМС, 2001. – 944с.: ил.;

18. Разевиг В.Д. Система проектирования печатных плат ACCEL EDA 15 (P-CAD 2000). – М.: Солон-Р. – 2000. – 418с.;
19. Русак О.Н. Охрана труда в машиностроении. Справочное пособие. – Л.: Машиностроение, 1989. – 541с.
20. Основы менеджмента: Учебник для вузов/ под ред. Вачугова Д.Д. – М.: Высшая школа 2001. – 367с.
21. Новые главы курса "Экономика": Учеб. пособие/ Зайнашев Н.К., Ильин С.В., Ильина Л.А., Сандомирский Е.М.  и др. – Уфа: УГАТУ, 1994. – 91с.
22. Сандомирский Е.М. Методические указания по организационно – экономической части дипломных проектов для специальности ПЭ. – Уфа: УАИ, 1985. – 42с.
23. ГОСТ Р ИСО 9000 – 2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.
24. ГОСТ Р ИСО 9001 – 2001. Системы менеджмента качества. Принципы процессного и системного подхода к управлению качеством.
25. ГОСТ Р ИСО 9004 – 2001. Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности.