摘 要:针对不确定的温度测点,本文介绍了一种由单片机控制的集测量与变送一体化的数字温度测量装置。该温度测量装置将热电偶和温度指示仪表以及变换发送单元集成在一起,采用便携式结构。它不仅可以就地安装,用作温度测量的指示与变送单元,而且可以随身携带,用作普通温度测量仪表。本文详细介绍了其软硬件组成和工作原理。
1 引言
在工农业生产当中,经常需要进行温度测量。目前使用最广泛的温度测量系统一般由温度测量元件、温度变送器和温度指示仪表三个部分组成。这种结构存在着两个方面的缺点: 一是三个部分相互分离, 不便于随身携带和进行不确定测点的临时性测量;二是整个系统不易取得较高的性能价格比[1]。本文提出了一种由单片机控制的集测量与变送一体化的数字温度测量装置,它将温度测量元件和温度指示仪表以及变换发送单元集成在一起,采用便携式结构。该温度测量装置本身就是一个完整的温度测量系统,它不仅可以将代表被测温度值的电信号转换成温度值并显示出来,而且还将处理后的温度数值转换为4～20MA 电流或0～5V 电压信号输出,以供计算机或其它仪表使用,即完成温度变送器的功能。
该温度测量装置采用优质的快速双铂铑热电偶为温度测量元件[2],信号放大和处理器件全部采用低功耗CMOS 器件,信号的线性化校正采用软件实现,数值显示采用液晶器件,供电电源采用二线制+24VDC 或电池供电, 因此, 整个系统具有较高的性能价格比、较好的灵活性和适应性,因而也具有较广泛的应用范围和较好的实用价值。以下将详细介绍其硬软件组成及工作原理.
2 硬件组成及软件设计
便携式数字温度测量装置的硬件由温度传感器、滤波桥路、前置放大器、计算机单元、显示单元以及模拟信号发送单元等部分组成。其组成框图如图 1 所示。温度传感器采用优质的快速双铂铑热电偶丝,它输出的毫伏信号通过桥路输入,然后经过RC 低通滤波器滤波后送给前置放大器, 作为放大器的输入, 桥路在此还起着零点调整的作用。输入前置放大器采用高精度集成运算放大器ICL7650,它将输入的毫伏信号放大为0-2V 的电压信号,供A/D 转换器转换。一般来说,对热电偶非线性补偿处理的方法有分段线性插值法、曲线拟合法、查表等三种。由于曲线拟合占用计算时间长,查表法占用的内存多等缺点,故采用分段线性值法更为合理。其原理是把热电偶的温度与毫伏函数曲线分成若干段,每段作直线处理(分段多少由转换精度决定)。如图2 所示。
由于单片机输入的信号是由Vx、Vxi和Vxi+1经过放大器和A/ D转换器输出的数字量Nx、Nxi、Nxi+1,其中Nxi是Nx所在曲线段的对应低值电压Vxi所对应的显示数字量,而Nxi+1是Nx所在曲线段和对应高值电压所对应的显示数字量, 而Nx是被转换后的显示数字量,Vx、Vxi、Vxi+1和Nx、Nxi、Nxi+1是线性关系,这样就可以得到以下式子:
T’i+1--Tx所在段对应的最高温度显示值;根据这一原理,用B型热电偶测温,测温范围600-800℃,A/ D转换器的输出最大数码为1999,把这2000个码以每100 码决定一段,共20 个段。
根据以上数据, 就可以由数字查到对应的温度值。查找步骤如下:
(1).先找出采样值位于哪个区间;
(2).根据偏移量取出起始温度和起始温度与终点温度之差。然后由下列公式求得温度值:
3 结束语
本装置结构新颖实用,选配优质快速热电偶和接触灵活可靠的分段式测温枪, 既保证了测量精度, 又使操作使用简便。用单片机软件实现B型热电偶的非线性补偿。具有成本低、精度高等特点。
参考文献:
[1] 何立民,MCS-51系列单片机应用系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[2] 谢剑英,微型计算机控制技术[M].北京:国防工业出版社,1998.
作者简介:高杰(1975-),男,硕士,工程师,研究领域:热能动力。
