爆炸現場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測試的方案設計

測量系統就是通過(guò)傳感器把被測信號轉換成電信號，從而測量出被測量。溫度測量系統就是通過(guò)溫度傳感器把溫度信號轉換成模擬電信號，為了方便直觀(guān)，再把電信號用顯示器顯示出來(lái)的系統。隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步、科技的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)的需要，人們對溫度的測量和控制越來(lái)越重視，對溫度測量產(chǎn)品的測量精度要求也越來(lái)越高。對溫度的準確采集及合理調控，將會(huì )對那些對溫度測試要求較高的工作環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。通常溫度測量系統是以溫度傳感器為核心的測溫系統，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，溫度測量系統的設計也越來(lái)越向集成化、智能化方向發(fā)展。本文是基于CPLD和鎢錸熱電偶溫度傳感器的爆炸現場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測試的方案設計。

　　在爆炸現場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測試中，我們用到的技術(shù)叫存儲測試技術(shù)。所謂存儲測試技術(shù)，是指在對被測對象無(wú)影響或影響在允許范圍的條件下，在被測體內置入微型存儲測試儀器，現場(chǎng)實(shí)時(shí)完成信息快速采集與存儲，事后回收記錄儀，由計算機處理和再現被測信息的一種動(dòng)態(tài)測試技術(shù)。

　　爆炸現場(chǎng)溫度動(dòng)態(tài)測試總體設計

　　本次設計的溫度測試系統，主要是利用CPLD來(lái)實(shí)現。溫度傳感器將外界溫度信號轉換為微弱的電壓信號，通過(guò)模擬電路部分將輸入信號進(jìn)行放大和濾波，再經(jīng)過(guò)A/D轉化電路把模擬信號轉換為數字信號，然后經(jīng)過(guò)FIFO存入存儲器，計算機通過(guò)接口電路對數據進(jìn)行讀取。其中，A/D轉換器、FIFO、存儲器和電源管理模塊都是由CPLD控制。

　　主控芯片CPLD的選擇

　　在本次設計中使用Xilinx公司生產(chǎn)的XCR3128作為溫度測試系統的主控CPLD芯片。XCR3128有100個(gè)引腳，其中有76個(gè)I/O引腳，4個(gè)信號接口，4個(gè)全局時(shí)鐘，7個(gè)VCC，8個(gè)GND，1個(gè)PORT_EN;共包含128個(gè)宏單元，VCC為3.6V，電流限制為200mA。XCR3128封裝小，功耗低，充分滿(mǎn)足了實(shí)際需要。在本次設計中，控制部分主要由CPLD控制電路時(shí)序和工作模式的產(chǎn)生。主要功能有：

　　1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實(shí)現測試系統的電源管理及全局時(shí)鐘控制，從而達到降低功耗和控制各信號初態(tài)的目的。

　　2)時(shí)鐘分頻模塊：該模塊主要實(shí)現對從晶體振蕩器輸出到CPLD的時(shí)鐘進(jìn)行分頻，從而得到A/D轉換器、存儲器和FIFO需要的時(shí)序。

　　3)編程觸發(fā)比較模塊：該模塊主要實(shí)現觸發(fā)溫度數字電平的編程，通過(guò)移位寄存器實(shí)現;數字比較部分是把A/D轉換結果和所編溫度數字電平值比較判斷觸發(fā)與否。

　　4)FIFO及存儲器地址模塊：該模塊主要實(shí)現生成FIFO和存儲器需要的地址，FIFO和存儲器的數據讀寫(xiě)。

　　5)A/D時(shí)序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實(shí)現A/D轉換器的CONVST/和讀信號的時(shí)序生成。

　　6)讀數模塊：該模塊主要實(shí)現讀數接口的邏輯連接控制，接收計算機發(fā)送的脈沖信號，以完成數據傳輸的目的。

　　溫度傳感器

　　本次使用的是美國NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。因為在爆炸場(chǎng)等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環(huán)境下，采集瞬時(shí)溫度的動(dòng)態(tài)變化對溫度傳感器要求很高。而該熱電偶瞬態(tài)溫度響應時(shí)間僅為幾百微妙，溫度范圍高達2315℃，耐壓程度高達69MPa，完全能夠滿(mǎn)足爆炸場(chǎng)溫度測試的需要。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設計采用了補償電橋法補償冷端的溫度變化。

　　熱電偶是溫度測量?jì)x表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導體兩端接合成回路時(shí)，當兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì )在回路內產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì )指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應的溫度值。

　　侵蝕型熱電偶能測量前所未有的溫度數據。因為該熱電偶結置于探頭端面上。它可以加工成任何形狀。在測量過(guò)程中會(huì )受侵蝕或磨損，但它會(huì )在受侵蝕的情況下自動(dòng)更新其熱電偶結。此外，它的響應時(shí)間達到微秒級，可測量?jì)缺诒砻婊蚴覂鹊膬煞N不同的溫度：一種是表面溫度(熱接地熱電偶)，另一種是內壁表面接合面溫度或氣體溫度(非熱接地熱電偶)。