智能化现场温度校准器的设计

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。

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