红外水分测定仪关键技术的研究

摘要

本文在分析了各种水分测定方法及国内外相关仪器的基础上,结合上海精密科学仪器有限公司的要求,设计了红外水分测定仪.本文着重研究了决定红外水分测定仪测量精度的关键技术--电子天平的质量测定和红外加热的温度控制.电子天平系统完成样品烘干时要求进行的实时质量测定.作者采用数字PID调节器和专门设计的计数器,控制两级电流源向电磁力平衡称重传感器动圈提供精密可调电流.作者还分析了电子天平的误差来源,并探讨了误差补偿方法.烘干箱的温度控制精度直接影响物品的水分测定结果.本文在分析了单纯数字PID温度控制的利弊和红外水分测定仪烘干箱温度控制对象的具体特点后,运用热力学方程建立起温控对象的离散数学模型,阐述了极零点配置自校正PID控制方法的具体实现,给出了各相关参数的计算公式.在硬件电路上,作者通过脉冲宽度调节方式控制双向晶闸管的关断时间,从而改变红外加热器的加热功率,使烘干箱的温度控制精度达到0.5℃.作者设计了包括触摸屏和液晶显示、打印机接口、以及通信接口在内的人机界面系统,编写了电子天平称重子程序、温度控制子程序、显示子程序和人机界面相关的监控程序.红外水分测定仪通过调试,在质量测定和温度控制上达到了预定的技术指标.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1水分测定及其方法

1.2红外水分测定仪的特点及发展趋势

1.3目前红外水分测定仪器的发展水平及状况

1.4论文的主要任务及本人在项目中承担的工作

1.5本章小结

第二章红外水分测定仪的原理及关键技术

2.1电子天平工作原理

2.1.1电磁力平衡称重传感器的结构

2.1.2基于电磁力平衡传感器的简单电子天平系统

2.1.3改进的基于电磁力平衡称重传感器的电子天平系统

2.2烘干箱温度控制工作原理

2.3系统的总体设计

2.3红外水分测定仪的关键技术

2.4本章小结

第三章电子天平系统的设计

3.1设计原理

3.2电子天平的主要电路

3.2.1杠杆平衡检测电路

3.2.2提高分辨率的方法

3.2.3计数器的设计

3.3电子天平的误差分析及补偿措施

3.3本章小结

第四章红外加热温度控制方法与理论

4.1数字PID控制原理

4.2极点配置自校正控制器

4.3极-零点配置的自校正控制器及其显式算法

4.4水分测定仪烘干箱温度系统模型的建立与辨识

4.5自校正PID温度控制器参数的计算

4.6本章小结

第五章温度控制的硬件实现

5.1桥式温度测量电路

5.2 A/D转换电路

5.3红外加热控制电路

5.4本章小结

第六章人机界面和软件设计

6.1人机界面

6.1.1触摸屏及显示屏控制电路

6.1.2打印机接口电路

6.1.3通信接口电路

6.1.4液晶显示界面设计

6.2软件的总体设计

6.3 MCU1程序设计

6.2.1 MCU1主程序

6.3.2 MCU1初始化子程序

6.3.3中断服务子程序设计

6.4 MCU2程序设计

6.4.1 MCU2的主程序

6.4.2温度控制子程序

6.4.3中断服务子程序

6.4本章小结

第七章结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

论文说明