Система измерений, обработки и регистрации постоянного напряжения

 Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

"Киевский  политехнический институт"

Кафедра информационно измерительной техники

 

 

 

 

Курсовой проект

По дисциплине: Измерительные системы.

На тему: « Система измерений, обработки и регистрации

 постоянного  напряжения»

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель:       Разработчик:

Карпа В.М.      Трондина Н.А

студентка 4 курса,

гр. ВВ-02 ФАКС

"___" _____________   2014г.  Зачетная книжка №ВВ0206

 

Защищено с оценкой ______

 

 

 

 

Киев 2014

 

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

"Киевский  политехнический институт"

 

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Система измерений, обработки и регистрации

 постоянного  напряжения»

0206.411185.001

 

 

 

 

 

Руководитель:          Исполнитель:

Карпа В.М.                   Трондина Н.А.

___________            ___________

___________

Подпись         Подпись  

 

 

 

 

 

 

 

Киев 2014

 

1 НАИМЕНОВАНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРА

Система измерения – многофункциональная система в измерительной технике предназначена для измерения постоянного или переменного напряжения. Широко применяется в электронике, измерительной технике.

2 ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ

 Основанием  для разработки является задание на курсовой проект, выданное студентке 4-го курса  факультета АКС гр.ВВ-02 Трондиной Н. А. кафедрой ИИТ  от 12.02.2014 утвержденное руководителем проекта.

3 ЦЕЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ

Целью разработки является усовершенствование конструкции, перевод на новую элементную базу и уменьшение стоимости существующей системы измерения. Разработка должна обеспечить простоту конструкции при высоких метрологических характеристиках преобразователя.

4 ИСТОЧНИКИ РАЗРАБОТКИ

Источниками разработки являются справочные данные, приведенные в учебниках и пособиях, научно-техническая литература, ГОСТы, ДСТУ и методические пособия (список литературы указан в Приложении).

5 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Система измерений должна соответствовать требованиям ТЗ.

5.1 Система должна иметь следующие технические характеристики

- Пределы измерения по постоянному напряжению: 0,01; 0,1; 1; 10; 100; 1000 В.

- Погрешность измерения напряжения 1%.

• Максимальное количество регистрируемых точек – 500.
• Интервал временного измерения в регистрации 2 с, 5 с, 10 с, 1 мин, 5 мин, 10 мин, 60 мин.
• Контроль превышения или уменьшения измеряемого параметра.

5.2 Дополнительные требования к системному блоку:

- ввод установок для контроля превышения или уменьшения напряжения через встроенную клавиатуру;

- превышение  или уменьшение  напряжения выше или ниже заданного должно сопровождаться звуковым сигналом и миганием индикатора;

- измеренные  значения во временной или производственной области должна передаваться на ПК для их дальнейшей обработки и введется в базу данных через интерфейс RS-232.

5.3 Требования  к конструкции ПК:

- ОЗУ не меньше 512 кбайт;

- процессор Peutium или AMD – 1 ГГц;

- наличие клавиатуры  и дисплея;

- жесткий диск  объемом не менее 30 Гбайт;

- наличие интерфейса RS-232 или USB с преобразователей на RS-232.

- Операционная система не ниже Windows XP.

5.4 Требования к виду климатического исполнения

Система должна сохранять внешний вид и свои параметры в процессе воздействия на нее определенных видов климатических и механических факторов.

Система измерения должна быть тепло-, холодо- и влагоустойчивым и иметь мощность при транспортировке, т.е. должна выдерживать пребывание в граничных климатических условиях в соответствии с группой 2 по ГОСТ 22261-82.

Климатические и механические факторы, которые влияют на систему, приведены в таблице 5.1

 

Таблица 5.1- Климатические и механические факторы, которые влияют на систему измерения

 

Условия	Виды влияющих климатических и механических факторов	Номинальные значения и предельные отклонения
Нормальные	Температура окружающей среды, К(°С)	293±5 (20±5)
		Относительная влажность, %	50 – 80
		Атмосферное давление, кПа	100±6
Рабочие	Температура окружающего воздуха
		- нижнее значение, К (°С)	283 (+10)
		- верхнее значение, К (°С)	310(+35)
		Максимальная относительная влажность при температуре 25 °С, %	80
		Атмосферное давление, кПа	84... 106,7

5.5 Требования надежности:

• средний срок службы не менее 5 лет;

• система измерений должна соответствовать требованиям      ГОСТ 12947-76;

5.6 Требования безопасности при  монтаже обслуживании и ремонте:

• внешние части прибора, к которым есть доступ извне,      не должен быть под током;
• изоляция между корпусом и  входными  цепями  должна выдерживать на протяжении 1 минуты действие испытательного напряжения 2kV переменного тока частотой 50 Hz;
• система измерений должна выдерживать перегрузку входного напряжения, равную 120% максимального значения, на протяжении 2 часов;
• конструкция системы должна обеспечивать безопасность  обслуживающего персонала во время эксплуатации и хранения по ГОСТ 122007-75

 

5.7 Требования к конструкции системы блока:

• Габаритные размеры не более 215х65х177 мм.
• Масса не более 2 кг.

5.8 Требования к помехозащищенности

Разрабатываемая система должна быть работоспособной и сохранять метрологические характеристики при воздействии на нее индустриальных радиопомех, не превышающих норм, которые предусмотрены в «Общих нормах допустимых индустриальных помех» (нормы 1-72-9-72)

5.9 Требования    к    обеспечению    контроля    метрологических 
характеристик   при   изготовлении   и   эксплуатации,   требования   к средствам и методам поверки

Разрабатываемая система должна обеспечивать возможность контроля метрологических характеристик в процессе изготовления и эксплуатации с помощью существующих средств метрологической аттестации.

5.10 Требования к условиям применения и поверки 
Условия применения в соответствии с ГОСТ 22261-82. 
Номинальные значения влияющих величин указаны в таблице 5.1

 

6 ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ СИТ

 

№ п/п	Название этапа курсового проекта	Срок выполнения этапа (неделя семестра)
1	Исследование проблемного объекта	1
2	Разработка и утверждение технического задания	2
3	Разработка структуры изделия	3
4	Разработка функциональной схемы изделия	3
5	Разработка схем принципиальных отдельных модулей	4
6	Разработка программного компонента изделия	5
7	Расчет показателей качества изделия	6
8	Техническо-экономические расчеты	6
9	Выводы	7
10	Оформление курсового проекта	7
11	Защита курсового проекта	8

 

 

 

 

 

 

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

"Киевский политехнический институт"

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Система измерений, обработки и регистрации

 постоянного  напряжения»

 

 

 

 

Руководитель:          Исполнитель:

Карпа В.М.                   Трондина Н.А.

___________       ___________

___________

Подпись         Подпись  

 

 

 

 

 

 

 

 

Киев 2014

 

Содержание:

1. Введение

2. Обзор аналогичных  решений 

3. Описание и разработка  структурной и функциональной  схем

3.1 Расчет структурной схемы для измерения постоянного напряжения

3.2 Разработка функциональной схемы

     3.3 Микросхема MAX232

   3.4 Матричная клавиатура

4. Описание и расчет  принципиальной схемы

4.1 Расчёт делителя напряжения

4.2 Преобразователь импеданса

4.3 Расчет усилителя AD2

4.4 Расчет аналого-цифрового преобразователя

4.5 Расчет микропроцессора с индикацией

5. Расчёт погрешностей

         5.1 Расчёт мультипликативной составляющей  погрешности

         5.2 Расчёт аддитивной составляющей  погрешности

         5.3 Расчёт суммарной погрешности

6. Вывод

7. Список использованной литературы

Приложение А: Задание на курсовую работу

Приложение Б: АЦП ADC12038

Приложение В: Микроконтроллер ATmega 32

Приложение Г: Индикация CC56-12

Приложение Д: Усилитель OP37

Приложение Е: Микросхема MAX232

Спецификация

 

1.ВВЕДЕНИЕ

Разрабатываемая система предназначена для измерения заданного параметра, а также для временной и пространственной регистрации результатов измерения. 
Кроме того система должна осуществлять контроль измеряемого параметра на превышение или понижения от заданного уровня. Для этого в системном блоке предусматривается подключение 
встроенной клавиатуры для обеспечения заданных режимов работы. В системном блоке также предусматривается наличие последовательного интерфейса для передачи результатов измерения на 
персональный компьютер для хранения и обработки. Основным же модулем в системном блоке является мультиметр, который обеспечивает основные технические характеристики системы. Поэтому мультиметру и будет посвящена основная часть пояснительной записки.  

Мультиметр — электронный измерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей. Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01%, несмотря на портативное исполнение.

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд — с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0.000 до 1.999, при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое). Количество разрядов не определяет точность прибора. Точность измерений зависит от точности АЦП, от точности, термо- и временной стабильности применённых радиоэлементов, от качества защиты от внешних наводок, от качества проведённой калибровки.

В некоторых мультиметрах доступны также функции:

• прозво́нка — измерение электрического сопротивления со звуковой (иногда и световой) сигнализацией низкого сопротивления цепи (обычно менее) ;
• генерация тестового сигнала простейшей формы (гармонической или импульсной) — как своеобразный вариант прозвонки;

• тест диодов — проверка целостности полупроводниковых диодов и нахождение их «прямого напряжения»;
• тест транзисторов — проверка полупроводниковых транзисторов и (как правило) нахождение их h21э;
• измерение электрической ёмкости;
• измерение индуктивности (редко);
• измерение температуры, с применением внешнего датчика (как правило, термопара К-типа);
• измерение частоты гармонического сигнала.