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探针式智能温度控制仪的方案设计和应用范围分

作者:黄金赌城 来源:本站原创 日期:2020-09-21 16:47 点击: 

  处理,便得到温度值,并在数码管上显示。该仪表处理速度快,精度高,应用广泛,诸如高温熔炉、工业冶金、水温测量等领域。

  图1为该系统硬件设计的结构框图,主要由传感器、显示、A/D转换采样、单片机控制单元、串口通信、人机交互等模块组成。

  传感器模块采用PT一100型热敏电阻,其阻值随温度升高而升高,PT-100加恒流源,其测量温度范围受PT一100耐温的影响.范围为一50℃~620℃。PT一100是一个前端为金属,后端为导线的热敏电阻,若将其包裹防腐蚀、耐高温材料,则可将作为探头探进高温熔炉、低温冰窖,实现温度测量。PT-100热敏电阻自带两根导线,将其两线改成四线制测量,可有效消除引线电阻(即将传感器的信号传到远方二次仪表之间的连接导线或电缆)影响,使测量结果更准确。图2为传感器前端,通过调节器TL43l给电路中的恒流源提供基准电压V-ref为2.49l V(基准电压范围为2.440~2.550 V)。这里选取2.491 V电压,便于后续数字量计算。将基准电源接至放大器0P07,为PT-100提供恒流源。

  由于该系统设计采用的PT一100是无源传感器,因此需设计传感器接口电路。该接口电路可提供一个恒流源接入,使阻值转换成电压值。其恒流值为2.491 V,2.5 kΩ≈1 mA。图2中R2为精密电阻,能够提供稳定恒流值,无温漂。并在算法中加入软件滤波,可将外界干扰降至最低。

  探针式智能温度控制仪采样模块主要是由基准器件A/D转换器AD623和AD7705组成,由于所采集的温度传感器电压为毫伏级,所以需通过具有放大功能的AD623完成,其电压放大倍数由RC决定,放大倍数G=(100 kΩ/RG)+1。由于传感器输出电压为80~320 mV,基准电压2.491 V,故选取RG为20 kΩ,则放大倍数G≈6。经运放放大,其输出电压信号为0.48~1.92V,完全满足输入电压不高于基准电压的要求。图3为信号放大电路。

  如图4所示,在单片机和LED显示之间接入一串入/并出的锁存器74HC595,驱动LED灯。单片机I/O接口控制4个LED数码管的位选,利用三极管的饱和、截止特性。数码管通过4根位选线与接三极管相连。单片机I/0接口向移位寄存器逐位移入8位二进制数,在上升沿信号时,存储器移入1位二进制数。存满后,单片机控制存储器输出8位二进制数,点亮对应数码管,这样可减少单片机资源消耗。

  图5为信号变换框图,由电阻值可得数字量,反之单片机对A/D转换器采样的数字量进行处理,可通过公式2.5×(数字量/65.536)计算输入的模拟电压值,逆推出电阻值。由于热敏电阻PT-100阻值与温度具有分段接近线性的特征,并参考PT一100阻值与温度的对照表,将温度值每10℃分作一组与对应电阻值求其斜率,可根据单片机采样的数字量计算出相应的温度值。

  图6为该系统软件设计的主程序流程,其子程序包括数模转换、按键中断、电阻值线性变换等。智能温度控制仪采用VB编写上位机程序,主板和上位机串口连接,通过上位机观察实验数据,且不受存储范围限制。VB程序通过MSComm控件与下位机串口连接,并将采集的数据传给上位机,进而储存在硬盘中。

  将上位机采集的数值存储至计算机,经整理得出如表1所列结果,该智能温度控制仪采用软件滤波、延时去抖等方法显示程序,使温度值稳定显示,其数据显示测量误差不超过1%,则可用于那些对环境和精度要求较高的应用领域。

  在恶劣环境下,探针式智能温度仪表能够准确测量温度。在保证单片机及其各器件正常工作的情况下.探针式的温度传感器能够测量熔炉、冰洞等恶劣环境下的温度。这种对外界要求不太高的温度传感器,可将其与中央处理单元分开使用,无需考虑温度控制仪工作环境是否影响主板工作。

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