VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Одной из главных задач при проектировании стенда исследования теплоотводов [1] интеллектуальной компьютерной обучающей системы (ИКОС) 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.

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. Известна дифференциальная термопара, [2] это термопара которая регистрирует разность температур между горячим и холодным спаями. Для различных диапазонов измеряемых температур применяют следующие пары материалов: медно-константановая термопара, хромель-алюмелевая термопара, хромель-копелевая термопара, платино-платиноиридиевая термопара. Широко используются и другие пары материалов.

Серьезным недостатком рассмотренных выше контактных способов измерения температуры является необходимость введения датчика в контролируемую среду, в результате чего происходит искажение исследуемого температурного поля. От этого недостатка свободны пирометры – бесконтактные датчики, действие которых основано на использовании излучения нагретых тел.

В современных электронных измерительных системах, в том числе и научно-исследовательского назначения все чаще используются датчики температуры со встроенным аналого-цифровым преобразователем (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.

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 [2,3]. 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. Безусловно, всех недостатков контактного способа лишены пирометры. Однако эти приборы имеют температурный диапазон не полностью совпадающий с требованиями технического задания на проектируемый комплекс. Как справедливо замечено в исследовании [3], 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 много летний опыт авторов, для организации эффективного изучения работы теплоотводов и систем охлаждения достаточно возможностей цифровых интегральных датчиков температуры. Таким образом, для применения в учебном стенде ИКОС можно рекомендовать контактный способ измерения температур, основанный на использовании датчиков температуры со встроенным АЦП. Для конкретной реализации подходят датчики типа DS1631 выпускаемые фирмой Maxim Integrated Products [4].

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. Юрков Н.К. Микропроцессорные системы в учебном процессе / Н.К. Юрков, П.Г. Андреев, И.Ю. Наумова, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161-164.

3. Yurkov N.K. Measurement of the parameters of three-element nonresonance two-terminal networks at a fixed frequency / N.K. Yurkov, M. V. Klyuev, E. V. Isaev // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Issue 11, February 2013, Volume 55, Issue 6, pp. 1267-1274

4. Yurkov N.K. Systems of Coriolis flowmeters in the field / N.K. Yurkov, K. V. Gudkov, M. Yu. Mikheev, V. A.Yurmanov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, November 2012, Volume 55, Issue 6, pp 132-139

5. Yurkov N.K. A method of automatic verification of Coriolis flowmeters in the field / N.K. Yurkov, K. V. Gudkov, M. Yu. Mikheev, V. A.Yurmanov// Measurement Techniques. N.Y., Springer, May 2012, Volume 55, Issue 2, pp 151-155

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

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

8. Лысенко А.В. Структура и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса / Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169-173.

9. Горячев Н.В. Типовой маршрут проектирования печатной платы и структура проекта в САПР электроники Altium Design / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 120-122.

10. Горячев Н.В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н.В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238-238.

11. Юрков Н.К. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Н.К. Юрков Ю.А. Сивагина, И.Д. Граб, Н.В. Горячев //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74-76.

12. Горячев Н.В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214-215.

13. Горячев Н.В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н.В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263-263.

14. Горячев Н.В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122-124.

15. Горячев Н.В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128-130.

16. Горячев Н.В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78-79.

17. Кочегаров И.И. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / И.И. Кочегаров, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, К.С. Петелин, В.А. Трусов, Н.К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136-143.

18. Горячев Н.В. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А.Ю. Меркульев, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — №11. — С. 143-145.

19. Горячев Н.В. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов/ Граб И.Д., Горячев Н.В., Лысенко А.В., Юрков Н.К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244-246.

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