智能化现场温度校准器的设计

论文摘要

温度控制系统中的温度测量系统必须经过检定/校准,以确认其运行状况。本文论述了一种智能化现场温度校准器的设计过程和实验结果,以满足企业工业生产需要。目前,实际使用的现场温度校准器均存在冷端温度补偿误差大、输出负载能力较小以及输出状态无监视等缺点,为了解决这些问题,在对温度校准器的功能、特性充分了解的基础上,利用测控技术的新成果（高分辨力A/D,超高单调性能D/A、单总线数字集成温度传感器等）提出了解决上述问题的新方案:用高精度单总线数字式集成温度传感器测量冷端的温度,利用查表（T-mV）法求得温度与电势值之间的对应关系,再经过计算可得到需要的电势值或实际的温度值,将查表法与拉格朗日线性插值法相结合,以提高测量准确度和分辨力;将D/A的输出经过高精度、高性能的运算放大器处理,以提高输出负载能力;将模拟输出信号引入到主测量电路中的另一个通道,以监视模拟输出的实际状态,由于测量结果的准确性很高,而且测量电路的输入阻抗足够大,对模拟输出信号的影响可以忽略不计,可以将监视值作为校准时的标准值,这提高了校准的准确性和可靠性。根据各项性能指标,设计各功能的实现电路,包括主测量电路、冷端温度测量电路、模拟输出电路、基准电压发生器、低压直流供电电源电路、显示器电路和主控制电路等。说明各功能电路的关键元器件选择理由;详细分析了ΣΔ调制器原理和结构;介绍了各关键元器件的技术指标和使用事宜,绘制了各功能电路的具体原理图。利用汇编语言编制实现各功能的子程序,主要有冷端温度测量及转换子程序、A/D读写子程序、D/A控制子程序、键盘处理子程序、数据处理子程序、显示子程序等。正文中给出了大部分子程序的流程图及每个子程序的程序清单,所有程序均上机验证通过。利用仿真器对编制的程序进行编译调试,再将程序固化到单片机中,对整机进行综合调试。实验结果表明,所设计的智能化现场温度校准器的预期功能均得以实现,绝大部分指标也符合要求,部分性能未达到设计要求,这在文中给出了详细说明,并提出了改进建议。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的、意义
• 1.3 国内外现状综述
• 1.4 研究内容及创新性的工作
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 创新性的工作
• 1.5 论文的内容与结构
• 2 智能化现场温度校准器总体设计
• 2.1 产品规划
• 2.1.1 市场需求分析
• 2.1.2 可行性分析
• 2.1.3 设计要求的拟定
• 2.1.4 预期技术指标
• 2.2 硬件方案设计
• 2.3 软件方案
• 2.4 整机结构框图及工作机理
• 3 智能化现场温度校准器硬件设计
• 3.1 硬件系统的组成和基本工作原理
• 3.2 测量功能的实现方案
• 3.2.1 Σ-Δ调制器原理及结构
• 3.2.2 实际测量电路
• 3.3 热电偶信号模拟输出部分
• 3.4 冷端温度补偿方案
• 3.5 显示器
• 3.6 电压基准源发生器
• 3.7 低压直流电源
• 4 智能化现场温度校准器软件设计
• 4.1 主程序流程
• 4.2 冷端温度测量子程序
• 4.3 数据显示子程序
• 4.4 延时子程序
• 4.5 测量子程序
• 4.5.1 A/D转换器的有关设置
• 4.5.2 读写CS5532As的命令
• 4.5.3 读写CS5532As时的相关规定
• 4.6 模拟输出子程序
• 4.7 键盘输入处理程序
• 4.8 数制转换子程序BCD-HEX
• 4.9 数据查询子程序
• 4.10 双字节无符号乘法子程序
• 4.11 十六进制数转换为BCD码子程序
• 4.12 温度—毫伏值转换子程序
• 4.13 显示数据处理子程序
• 5 系统集成与实验
• 5.1 系统集成
• 5.2 实验室检测
• 5.2.1 测量部分
• 5.2.2 模拟输出部分
• 5.3 现场应用
• 5.4 实验结果评价
• 6 结论和展望
• 6.1 完成的主要工作
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A:程序源代码
• B: 元器件信息表