В качестве источника сравнения используется лампа СИ-10-300 с вольфрамовой нитью. Она излучает свет определенной интенсивности IЛ, которая измеряется и заносится в микроконтроллер перед началом измерения температуры плазмы.
Свет от источника сравнения, проходя через обтюратор, проходит через собирающую линзу и просвечивает плазму. Излучение плазмы, интенсивностью IП, совместно с излучением лампочки, интенсивностью IЛ, проходят через вторую собирающую линзу, фокусируется на щели спектрографа. Для выделения нужной спектральной линии, исходя из эталонного спектра (железо), в данном устройстве используется спектрограф с подвижной оптической системой (ИСП-30). Сигнал, который поступает в спектрограф, необходимо разделять на два свето 
вых потока с интенсивностью IЛ+ IП и IП. Для этого в устройстве используется вращающийся диск с двумя отверстиями (обтюратор), большого и малого диаметра, расположенными у края диска. Диск приводится во вращение микродвигателемДИД-01. Отверстие большого диаметра предназначено для пропускания светового потока от источника сравнения. Отверстие малого диаметра необходимо для датчика положения диска Д1, представляющий собой оптопару с открытым оптическим каналом щелевого типа. Эта оптопара работает на просвет. Отверстие малого диаметра на краю диска расположено таким образом, чтобы, в момент прохождения оптического сигнала от источника сравнения через отверстие большого диаметра, на микроконтроллер уже поступил сигнал от датчика, подтверждающий, что на спектрограф попадает оптический сигнал интенсивностью IЛ+IП. Перекрывание обтюратором светового потока оптопары служит для микроконтроллера сигналом о приходе оптического сигнала интенсивностью IП.
|
|
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
Jп – интенсивность плазмы
Jл – интенсивность лампочки
Jпл – 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 н 
изкотемпературной 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%.
Расчет погрешности
Относительная погрешность измерения вычисляется как среднеквадратическое значение от инструментальной и методической погрешности.
Рассчитаем методическую погрешность
,
,
,
,
,
,
,
Подставив в последнюю формулу соответствующее значение величин IП, IЛ, IПЛ, ТИ, 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 пр 
еделах ±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. https://lud.bmstu.ru - описание метода расчета температуры по относительной интенсивности спектральных линий
8. https://dealine.tomsk.fio.ru - описание ФЭУ
9. https://lab2.phys.spbu.ru - описание ФЭУ
10. https://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 ACCE L 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.