便携式温度校准仪的研制

论文摘要

准确的温度测量和监测对于机械、船舶及工业装置的安全运行至关重要,这在材料成形热加工过程中显得尤为重要。温度的准确测量主要取决于温度传感器以及与之配套的温度二次仪表。温度二次仪表是根据温度传感器等输出的电量来对被测温度进行测量、显示或控制的温度仪表的总称。由于使用环境、使用方法不当等因素的影响,作为计量器具的温度二次仪表可能产生不同程度的失准和故障,需要定期给与维护与检定。而作为检定装置的温度校验仪,其性能的优劣直接影响到检定结果。本课题的任务是根据材料成形热加工设备温度二次仪表校准要求,研制一款精度高、成本低的便携式温度校准仪,对温度二次仪表进行校准,实现对各种测温元件的电信号的模拟输出。本文首先分析了市场上常见的温度校准仪表,并对其优缺点进行了阐述,结合材料成形热加工过程中的所使用的温度二次仪表对于温度校准仪器的要求,提出了本仪器的性能指标。在综合考虑到精度要求以及成本控制两方面的因素后,我们制定了这次的设计方案。采用的主控芯片是新华龙公司的F系列单片机C8051F350,主要器件还包括有LED数显屏,矩阵键盘,D/A转换芯片,温度传感器（带室温补偿）等。本温度校准仪能模拟输出各类热电偶和热电阻的电信号,操作简便。通电后,数显管显示“----”,表示电源接通,可以开始进行操作。通过按键进行被校准温度点的选择,然后按下确认键开启DA转换,当输出端的输出电信号满足精度要求时,数显屏显示此次被校准温度值,此时将输出信号接入被校准的温度二次仪表中进行相应的校准操作,至此此次校准过程完成。等待数显屏重新显示“----”时可以开始进行下一次校准。本文对器件选型、硬件设计及PCB布板、软件各模块设计等方面进行了详尽的说明,并对该仪器的输出结果做出测试与分析,实验证明该仪器能满足工业应用中对温度二次仪表进行校准的要求,是一款价格低廉,便携性能好,精度高,稳定性好的温度二次仪表校准仪。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源、目的与意义
• 1.2 传统温度二次仪表的校准方法
• 1.3 温度校准仪的发展现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 温度校准仪的技术要求
• 2.1 便携式温度校准仪的性能指标
• 2.2 关键技术及创新之处
• 2.3 技术方案
• 3 温度校准仪的硬件设计
• 3.1 温度校准仪总体设计和原理介绍
• 3.2 单片机模块
• 3.3 D/A 转换模块
• 3.4 电源管理模块
• 3.5 数显及按键模块
• 3.6 温度补偿模块
• 3.7 JTAG 调试电路设计
• 3.8 PCB 的制作
• 3.9 本章小结
• 4 温度校准仪的软件设计
• 4.1 软件总体设计要求
• 4.2 系统初始化
• 4.3 按键及数显模块程序设计
• 4.4 热电偶温度特性曲线的高精度拟合
• 4.5 热电阻的温度特性
• 4.6 D/A 转换程序设计
• 4.7 环境温度补偿模块程序设计
• 4.8 系统内误差检定模块程序设计
• 4.9 本章小结
• 5 系统的软硬件调试
• 5.1 温度校准仪的硬件部分调试
• 5.2 温度校准仪的软件部分调试
• 5.3 温度校准仪运行调试及结果
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文