Цифровой омметр

Содержание

Введение……………………………………………………………………......…4

1.Технико-экономическое обоснование………………………………………...6

2. Аналитический обзор существующих способов решения поставленной задачи………………….…………………………………………………………..8

3.Разработка структурной схемы…………………………………………….....23

4.Разработка функциональной схемы……………………………………...…...25

5. Разработка, расчет  и описание принципиальной схемы,  выбор и обоснование применяемой  элементной базы:

      5.1. Выбор источника опорного напряжения и расчет блока измерения………………………………………………..……………………….26

      5.2. Выбор мультиплексора……..………………………………………..27

      5.3. Выбор компаратора...…… ……………………………………..……28

      5.4. Выбор ЖК-дисплея…………..………………………………………29

          5.5. Выбор микроконтроллера……………………………………………30

          5.6. Вид принципиальной схемы…………………………………………33

6.Расчет погрешностей ………………………………………………………….34

7. Конструкторско-технологический раздел…...………………………………37

Заключение……………………………………………………………….………38

Список используемой литературы…………………………………………..….39 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     В связи с широким развитием автоматизации производственных процессов, использованием вычислительных машин для этих целей и необходимостью ускоренной автоматизации экспериментальных исследований перед измерительной техникой ставятся задачи, основными из которых являются:

        1) повышение точности, быстродействия  и чувствительности приборов, предназначенных  для измерения изменяющихся во  времени величины;

        2) осуществление полной автоматизации;

        3) выдача результатов измерений  в кодированной форме непосредственно  управляющей системе;

     Решить  эти задачи призвана область измерительных  технологий цифровая измерительная техника.

     В настоящее время широко применяются  цифровые измерительные приборы (ЦИП), имеющие ряд достоинств по сравнению  с аналоговыми электроизмерительными приборами.

     Цифровыми называются приборы, автоматически  вырабатывающие дискретные сигналы  измерительной информации, показания  которых представляются в цифровой форме. В цифровых приборах в соответствии со значением измеряемой величины образуется код, а затем в соответствии с кодом изменяемая величина представляется на  индикаторе в цифровой форме.

     Цифровой  прибор включает в себя два обязательных функциональных узла: аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой индикатор.

     АЦП предназначены для преобразования аналоговых сигналов в соответствующие им цифровые, то есть для преобразования сигналов с непрерывной шкалой значений в сигналы, имеющие дискретную шкалу значений. А индикатор отражает значение измеряемой величины в цифровой форме.

     Современным направлением создания цифровых автоматических измерителей параметров является разработка приборов со встроенными микропроцессорами. Микропроцессоры, встроенные в приборы, выполняют все функции управления измерительным процессом, позволяют существенно улучшить метрологические, технические и экономические характеристики, расширить функциональные возможности при одновременном упрощении измерительной цепи и последующей коррекции результатов измерений путем проведения вычислительных операций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Технико-экономическое обоснование

     В данной курсовой работе разрабатывается  цифровой омметр.  Данный прибор автоматически  определяет сопротивление резистора  и отображает данные непосредственно  на жидкокристаллическом экране, что  очень удобно.

Рассмотрим существующие приборы:

Цифровой  омметр Hioki 3541 для  высокоточных измерений

Модель 3541 –  это цифровой омметр с широким  диапазоном измерений от 0,1мкОм до 110 МОм. Имеется возможность вывода результатов на печать (при использовании дополнительной опции 9670 принтер) а так же, хранения в памяти прибора до 30 вариантов установок с разными условиями.

Рис.1.1 

– Широкий диапазон измерения

От 0.1 мкОм до 110.000 MОм

– Высокая скорость и высокая точность измерений

Скорость измерения  от 0,6 мс с точностью от 0,007% (в диапазоне 2 кОм до 110 кОм)

– 2 типа температурной  компенсации                                                                                                 

Коррекция по инфракрасному  термометру

– Оборудован внешним  вход/выходом, GP-IB и RS-232C интерфейсами

Легко интегрируется  в автоматизированные поточные линии.

Цифровой  омметр для точного  измерения сопротивления  обмотки трансформаторов CROPICO DO8000

Рис.1.2

1)двухканальный  микроомметр для одновременного  измерения сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора

2)быстрое и  точное измерение сопротивления  больших трансформаторов 

3)большой цветной  многоязычный жидкокристаллический  дисплей для одновременного представления  информации по обоим измерительным  каналам и ввода требуемых данных

4)большой объем  памяти для хранения результатов  испытаний - до                 100 файлов, содержащих результаты до 120 измерений каждый                             

5)надежный источник  питания для быстрого выполнения  измерений мощных силовых трансформаторов

6)встроенный 40-символьный  принтер для выдачи протоколов 

7)совместимость  с прикладными программами Microsoft Excel и Word

Эти 2 прибора  достаточно сложны, у них слишком  много функций, широкий диапазон измерений, высокая точность, ну и следовательно дорогая цена. Мой прибор будет более экономичен, но будет обладать не такими хорошими характеристиками. 

  Цифровой омметр низкого сопротивления DLRO 247000

• Разрешение до 0,1 мОм в диапазоне 599,9 мОм

• Стандартная  точность ±0,25%

• Цифровое табло  показаний 

Рис.1.3 

Цифровые омметры  для малых сопротивлений (DLRO®) составляют семейство высокоточных приборов, обеспечивающих простое, целесообразные и надежное средство проведения низкоомных испытаний  в полевых условиях. Они также идеально подходят для контроля качества продукции.                                                                                           

Эти приборы  работают по принципу четырехпроводных измерений, тем самым устраняя сопротивления  проводников и контактов. При основной погрешности ±0.25% и разрешающей способности до 0,1 мОм, они всё же имеют прочную конструкцию и являются переносными, поэтому их можно применять на стройплощадке. Целый ряд дополнительных диагностических выводов и калибровочных эталонных сопротивлений предлагаются для использования с цифровыми омметрами низких сопротивлений.

Омметр  цифровой Щ 306/1

Интегрирующий прецизионный малогабаритный омметр предназначен для измерения сопротивлений  в диапазоне от 100 мкОм до 1 ГОм. 

Режим работы прибора:

- ручной или  автоматический выбор диапазона  измерения;

- разовые или  периодические измерения;

- измерения  без усреднения или с усреднением  результата. 

Рис1.4

Эти приборы  проще первых двух, но тоже дорогие, мне предстоит разработать более  дешевый прибор.

Основные  характеристики приведенных  моделей

Название	Hioki 3541	CROPICO DO8000	DLRO 247000	Щ306/1
Назначение	Для высокоточных измерений	Для точного  измерения сопротивления обмотки	Для измерения  низкого сопротивления	Для измерения  сопротивления в широком диапазоне
Диапазон  измерения	От 0.1 мкОм до 110 000 MОм	От 0.01Ом до 11кОм	До 0.1 мОм	от 100 мкОм до 1 ГОм
Точность	0.007% (в диапазоне  2 кОм до 110 кОм)	0.01%	0.25%	0.05%

Таблица 1.1 
 
 
 
 
 
 
 

2.Аналитический обзор существующих способов решения поставленной задачи

     В зависимости от объекта измерений, требуемой точности результата,  допустимого напряжения на измеряемом объекте или внешних условий применяют различные методы. Наибольшее применение при измерении сопротивлений получили метод вольтметра-амперметра, метод непосредственной оценки, метод моста и метод дискретного счета.

     Метод амперметра- вольтметра

     Этот  метод является косвенным, так как  сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым объектом и  последующим расчетом его параметров по закону Ома. Измерение активных сопротивлений производятся на постоянном токе, при этом включение неизвестного  резистора R_х, в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис.2.1, а и б. Обе схемы приводят к методическим погрешностям, обусловленным конечными значениями внутренних сопротивлений приборов. Определим эти погрешности. Действительное значение измеряемого сопротивления в обоих случаях равно:

     

 (2.1)

     Сопротивление , измеренное по схеме, приведенной на рис.2.1, а, будет меньше действительного значения, так как показание амперметра будет завышено на значение тока I_в, а показание вольтметра будет равно напряжению на R_х. При этом относительная методическая погрешность, %:

       (2.2)

     Из  этого соотношения следует, что  погрешность , тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра.

     В случае применения схемы, приведенной на рис.2.1,б.

     

 (2.3)

     где —падение напряжения на амперметре; тогда относительная методическая погрешность, %:

     

 (2.4)                                                                 Погрешность появляется из-за неточного определения напряжения на измеряемом объекте, так как, кроме напряжения , вольтметр измеряет также падение напряжения на амперметре, следовательно, методическая погрешность будет тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра по сравнению с измеряемым сопротивлением.

     Таким образом схемой, приведенной на рис.2.1, а, следует пользоваться для измерения малых сопротивлений, а схемой, приведенной на рис2.1, б — для измерения больших сопротивлений.

                                   а)                                                                     б)

     Рис.2.1

     Схема измерения активного  сопротивления методом  вольтметра – амперметра

     Этот  способ измерения сопротивлений  наиболее простой. Схемы, реализующие  его, просты, но не обеспечивают высокой  точности (погрешность до 10—15%) измерений. Способ амперметра-вольтметра используют в основном в омметрах — приборах для измерения электрического сопротивления на постоянном токе.