智能微機型熱值測量計系統設計
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測量電路中多路開(kāi)關(guān)S的切換由雙4選1模擬開(kāi)關(guān)4052（內部的兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)是電絕緣的,完全獨立）實(shí)現,4052的輸出直接接至放大器的輸入端。4052的Y0, Y1, Y3都接到電橋的參考支路上,則當4052接通X0時(shí),輸出電壓對應的數字量是NL;當4052接通X1時(shí),輸出電壓對應的數字量是NH;當4052接至X3時(shí),輸出電壓對應的數字量是Nt。X2這一通道留作點(diǎn)火絲檢測使用。
測量支路（既4052的X3通道）串接電阻IR5后通過(guò)電容IC5接到地,目的是消除測量時(shí)引入的噪聲。
3.3.3 測量放大器
溫度測量電路中放大器采用美國AD公司的精密單片集成測量放大器AD620。AD620是根據典型的三運放結構改進(jìn)而成的一種單片儀表放大器,是一種完整的差分或減法放大系統,由于對內部匹配電阻進(jìn)行了精密激光修整,所以具有優(yōu)良的線(xiàn)性度和共模抑制。它僅用一只外接電阻設置增益,范圍為2～1000單位增益無(wú)需外接電阻。
3.3.4 A/D轉換器
溫度測量電路中模數轉換器采用美國Intersil公司的ICL7135。ICL7135為全MOS工藝4位半雙積分式A/D轉換器。在單極性基準電壓（VR=+1V ）供給之下,能對雙極性輸入的模擬電壓進(jìn)行A/D轉換,并自動(dòng)輸出極性判別信號和自動(dòng)量程控制信號。它采用了自校零技術(shù),可保證零點(diǎn)在常溫下的長(cháng)期穩定,零點(diǎn)的溫度系數2μV/℃,模擬輸入可以是差動(dòng)信號,輸入阻抗極高,輸入零點(diǎn)漏電流10pA。采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式,一次A/D轉換完畢其數據輸出選通脈沖輸出端（STB）輸出5個(gè)負脈沖,分別選通高位到低位的BCD碼數據輸出。
3.4 系統檢測與控制模塊
點(diǎn)火絲檢測的實(shí)質(zhì)是檢測連入電路的點(diǎn)火絲的電阻大小。當點(diǎn)火絲短路時(shí),電阻值很小,斷路時(shí)阻值較大,正常時(shí)電阻值介于兩種情況之間。閥門(mén)的位置檢測采用發(fā)光二極管和光敏三極管組成的光電檢測電路。閥門(mén)和桶蓋的開(kāi)關(guān)使用可逆減速電機控制,點(diǎn)火、攪拌和風(fēng)扇的接通由雙向可控硅控制。
3.5 網(wǎng)絡(luò )接口模塊
由于系統要求有一定的實(shí)時(shí)性和較復雜數據處理能力,因此依靠網(wǎng)絡(luò )將實(shí)驗數據發(fā)送到PC機進(jìn)行處理將是適宜的?？刂凭钟蚓W(wǎng)CAN是一種具有多主通信能力的現場(chǎng)總線(xiàn),且其傳送的信息采用短幀結構,傳輸時(shí)間短,差錯率低,能很好地滿(mǎn)足系統的要求。因此本系統采用CAN總線(xiàn)搭建分布式的自動(dòng)測試網(wǎng)絡(luò )。每一臺熱量計通過(guò)SJA1000和82C250連接到總線(xiàn),PC機則通過(guò)RS232-CAN外置轉換卡連接至總線(xiàn)上。
3.6 數據處理模塊
數據處理模塊主要由PC機監控軟件組成,數據通過(guò)CAN總線(xiàn)由熱量計經(jīng)RS232-CAN外置轉換卡傳送到PC。監控軟件采用多線(xiàn)程方式時(shí)刻監視串口,一旦接收到數據,就利用PC機強大的數據處理能力進(jìn)行計算。同時(shí)在軟件的操作界面上以實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的形式動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗數據,并用動(dòng)畫(huà)表示實(shí)驗正處于的實(shí)驗階段。數據處理模塊的主要功能是:操作串口收發(fā)命令與數據、實(shí)驗參數設置（包括算法選擇）、熱值計算、繪制溫度曲線(xiàn)、動(dòng)畫(huà)顯示實(shí)驗進(jìn)程、實(shí)驗數據管理、曲線(xiàn)和實(shí)驗結果的打印輸出等。 本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/173801.htm
4 熱值測量系統軟件設計
A/D轉換器ICL7135與單片機采用中斷方式連接,在中斷INT0的中斷服務(wù)程序中完成整個(gè)系統操作。在計算出溫度值之前,必須測得溫度測量電路的相關(guān)參數。因此在測量溫度之前,即在預備期中單片機通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)4052接到電路的不同位置,A/D轉換依次得NH、NL,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至PC機。在初期、主期和末期測得的Nt也發(fā)送到PC機后,由PC機的軟件計算,并通過(guò)解鉑電阻傳感器的二次傳輸方程得到溫度值。不論是NH、NL還是Nt,單片機都是將它們當作形式相同的數據發(fā)送至PC,PC軟件根據實(shí)驗正處于的不同階段對之作不同處理。系統主程序流程如圖4:
圖4 單片機主程序流程
5 誤差分析
微機型量熱儀的定值輸出及增益的恒定系統誤差不會(huì )帶來(lái)發(fā)熱量的測量誤差,但它們的穩定性會(huì )影響發(fā)熱量測量精度。定值輸出溫漂系數、單位增益溫漂系數描述了這種影響的大小。儀器傳輸特性的非線(xiàn)性對發(fā)熱量測量精度的影響最大,所以在使用新的量熱儀前要進(jìn)行線(xiàn)性度檢定實(shí)驗,即采取不同質(zhì)量的標準物質(zhì)進(jìn)行檢定,如果測定結果的極差達到技術(shù)要求,則表明儀器的線(xiàn)性是好的。
根據對誤差的分析,可得到提高發(fā)熱量測量精度的方法:
?。?） 盡量使測量發(fā)熱量時(shí)和標定熱容量時(shí)的內筒起始溫度相近,即二者均應與環(huán)境溫度接近;
?。?） 保持實(shí)驗過(guò)程中的機內溫度盡可能恒定:
?。?） 根據試樣發(fā)熱量估計值,適當控制用量,使實(shí)驗的溫升接近于標定熱容量時(shí)的溫升。
6 小結與本文創(chuàng )新點(diǎn)
本文由此實(shí)際需要出發(fā),詳細地分析熱值測量的原理和方法,設計出具有較高自動(dòng)化程度的自動(dòng)熱量計,從而大大地提高了工作效率。并且根據實(shí)際應用要求利用現場(chǎng)總線(xiàn)（CAN總線(xiàn)）技術(shù)將多臺自動(dòng)熱量計組建成分布式測試系統,由PC機作統一的控制和管理,各熱量計之間相互獨立,互不干擾。為使整個(gè)測量過(guò)程實(shí)現自動(dòng)化、智能化,本文為此測量系統設計出了功能強大的監控軟件。最后分析了運用本系統測量所產(chǎn)生的誤差,得到了一起傳輸特性的非線(xiàn)性對發(fā)熱量測量精度影響最大的結論,并就誤差來(lái)源提出了若干提高測量精度的措施。
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