温度校准仪电气部分研究与实现

摘要

在现代的生产实践中，控制仪表和温度显示已广泛用于社会生产和生活之中，温度的测试技术已成了一个重要的课题，温度的准确测量是工厂高产、高效和安全的前提条件。温度传感器传来的信号有模拟信号和数字信号之分，都是通过在固化在芯片中的程序或者调理电路将所测的温度转化成模拟信号或者数字信号。因此，在测试过程中，对温度仪表的校正、调整和维护是非常重要的。
　　 温度校准仪有液体和干体式温度校准仪，干体式温度校准仪的优点是：温度的范围较广，体积小，降温升温快，重量轻，现场使用方便。所以，本文对测量范围在50～400℃干体式温度校准仪做了较深的研究。
　　 由于温度校准仪的炉体是为了给标准热电阻和被校准温度传感器提供一个稳定的温度场，故对温度场的恒温性要求较高，本设计采用pWM控制的直流加热方式能较好的满足此要求。PWM控制的直流加热方式是通过调节开关管导通的占空比来改变输出直流电压的大小，从而改变了流过加热丝的电流，改变炉体的温度，达到较高的温度稳定性要求。同样，为了准确的测量温度，本文采用了铂电阻PT100作为温度传感器，采用四线制测量法减少导线电阻引起的误差。铂电阻PT100的温度变化范围为50～400℃时所对应的温度为119.4～247.04欧姆，使用LM317和LM337构成一个10mA的恒流源流过PT100，产生的电压信号经模拟滤波后送入ADuC845的AD的输入端。ADuC845内部集成了24位的AD转换器，被称为微转换器(Micro-Converter)，采用ADuC845可以简化电路，提高精度和降低成本。
　　 本文改进了BUCK变换器，增加了缓冲电路，解决了主续流二极管的反向恢复问题。硬件电路上还包括温度检测电路、带过流保护和过压保护的EXB841驱动电路、电源电路、人机接口电路、控制器电路。软件部分主要包括基于模糊PID的温控算法。
　　 软件上采用C/C++高级语言编写，在KeilC7.0环境下开发调试完成。在软件硬件设计过程中，进行了各种改进和测试工作，并通过软件和硬件的联合调试和改进，功能和精度上有了较大的提高。
　　 最后总结全文，对本设计的不足和需提高的地方加以说明，展望温度校准仪的前景和未来。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题的意义与目的

1.1.1 温度计量的基础

1.1.2 温度校准的目的和意义

1.2 温度校准仪的国内外现状与国际状况

1.3 论文主要内容

2 温度校准仪的测量原理

2.1 概述

2.2 测量方案的设计

2.3 温度校准的原理

2.4 测试方法

2.5 温度的溯源性

3 温度校准仪的硬件结构和实现

3.1 概述

3.2 温度校准仪开关电源一次电路

3.2.1 开关电源一次电路基本结构和工作原理

3.2.2 开关电源一次电路改进

3.3 温度校准仪控制电路

3.4 温度校准仪主电路

3.4.1 控制器CPU选型ADuC845芯片

3.4.2 温度传感器电路

3.5 温度校准仪开关电源的控制电路

3.5.1 信号检测电路

3.5.2 占空比信号产生电路

3.5.3 缘栅极型晶体管及它对驱动电路的要求

3.5.4 EXB841特性、内部结构及应用

3.5.5 EXB841驱动电路图

3.5.6 开关电源的电源电路

3.6 电源电路

3.7 人机交换接口电路

3.8 本章小结

4 基于模糊PID的温度校准仪的恒温控制

4.1 控制器的结构

4.2 模糊PID控制器的设计

4.2.1 模糊化

4.2.2 模糊推理

4.2.3 解模糊

4.2.4 PID控制器的运算

4.3 控制系统的仿真

4.3.1 仿真软件MATLAB介绍

4.3.2 系统仿真的实验分析

5 系统软件设计

5.1 程序的结构框图

5.2 温度控制子程序

5.3 模糊控制子程序

5.4 PID控制子程序

5.5 小结

6 结果分析

6.1 测量精度及改进措施

6.2 开关电源的调试结果

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢