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湖南热电偶传感器测温系统的设计应用

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湖南热电偶传感器测温系统的设计应用

发布日期:2017-12-07 00:00 来源:http://www.nmrdo.com 点击:

    下面介绍一个典型的单片机操控的测温体系,它由三大部分组成:(1)丈量扩大电路;(2)A/D变换电路;(3)显现电路。它广泛应用于发电厂、化工厂的测温及温度操控体系中。 

  1、硬件规划 

  (1)湖南热电偶温度传感器

  本体系运用镍铬—镍硅热电偶,被测温度规模为0~655℃,冷端补偿选用补偿电桥法,选用不平衡电桥发生的电势来补偿热电偶因冷端温度改变而引起的热电势改变值。不平衡电桥由电阻R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、Rcu(铜丝绕制)四桥臂和桥路稳压源组成,串联在热电偶回路中。Rcu与热电偶冷端同处于±0℃,而R1=R2=R3=1Ω,桥路电源电压为4V,由稳压电源供电,Rs为限流电阻,其阻值因热电偶不同而不同,电桥一般取在20℃时平衡,这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=Rcu,a、b端无输出。当冷端温度偏离20℃时,例如升高时,Rcu增大,而热电偶的热电势却跟着冷端温度的升高而减小。Uab与热电势减小量持平,Uab与热电势迭加后输出电势则坚持不变,然后达到了冷端补偿的主动完结。

  (2)丈量扩大电路 

  实践电路中,从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏(<30mV),且其间包括工频、静电和磁巧合等共模搅扰,对这种电路扩大就需求扩大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗,因而宜选用丈量扩大电路。丈量扩大器又称数据扩大器、外表扩大器和桥路扩大器,它的输入阻抗高,易于与各种信号源匹配,而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小,而且温漂较小。因为时刻温漂小,因而丈量扩大器的安稳性好。由三运放组成丈量扩大器,差动输入端R1和R2别离接到A1和A2的同相端。输入阻抗很高,选用对称电路结构,而且被测信号直接加到输入端,然后确保了较强的抑制共模信号的才能。A3实践上是一差动跟从器,其增益近似为1。丈量扩大器的扩大倍数为:AV=V0/(V2-V1),AV=RF/R(1+(Rf1+Rf2)/RW)。在此电路中,只需运放A1和A2功能对称(首要指输入阻抗和电压增益),其漂移将大大减小,具有高输入阻抗和共模抑制比,对细小的差模电压很灵敏,适宜于丈量远距离传输过来的信号,因而非常易于与细小输出的传感器合作运用。RW是用来调整扩大倍数的外接电阻,在此用多圈电位器。  

  实践电路中A1、A2选用低漂移高精度运放OP-07芯片,其输入失调电压温漂αVIOS和输入失调电流温漂αIIOS都很小,OP-07选用超高工艺和“齐纳微调”技能,使其VIOS、IIOS、αVIOS和αIIOS都很小,广泛应用于安稳积分、精细加法、比校检波和弱小信号的精细扩大等。OP-07要求双电源供电,运用温度规模0~70℃,一般不需调零,如果需求调零可选用RW进行调整。A3选用741芯片,它要求双电源供电,供电规模为±(3~18)V,典型供电为±15V,一般应大于或等于±5V,其内部含有补偿电容,不需外接补偿电容。  

  (3)A/D(模数)变换电路  

  经过丈量扩大器扩大后的电压信号,其电压规模为0~5V,此信号为模拟信号,计算机无法承受,故有必要进行A/D变换。实践电路中,选用ICL7109芯片。ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分型12位A/D变换器。因为现在12位逐次迫临式A/D变换器价格较高,因而在要求速度不太高的场合,如用于称重测压力、测温度等各种传感器信号的高精度丈量体系中时,可选用廉价的双积分式12位A/D变换器ICL7109。ICL7109首要有如下特性:(1)高精度(准确到1/212=1/4096);(2)低噪声(典型值为15μVP-P);(3)低漂移(<1μV/℃);(4)高输入阻抗(典型值1012Ω);(5)低功耗(<20mW);(6)变换速度最快达30次/秒,当选用3.58MHz晶振奋振源时,速度为7.5次/秒;(7)片内带有振荡器,外部可接晶振或RC电路以组成不同频率的时钟电路;(8)12位二进制输出,一起还有一位极性位和一位溢出位输出;(9)输出与TTL兼容,以字节办法(分凹凸字节)三态输出,而且具有VART挂钩办法,可以用简略的并行或串行口接到微处理体系;(10)可用RVNHOLD(运转/坚持)和STATUS(状况)信号监督和操控变换守时;(11)一切输入端都有抗静电维护电路。  

  ICL7109内部有一个14位(12位数据和一位极性、一位溢出)的锁存器和一个14位的三态输出寄存器,一起可以很方便地与各种微处理器直接衔接,而无需外部加额定的锁存器。ICL7109有两种接口办法,一种是直接接口,另一种是挂钩接口。在直接接口办法中,当ICL7109变换完毕时,由STATUS宣布变换完毕指令到单片机,单片机对变换后的数据分高位字节和低位字节进行读数。在挂钩接口办法时,ICL7109供给工业规范的数据交换模式,适用于远距离的数据收集体系。ICL7109为40线双列直插式封装,各引脚功能参阅相关文献。

  (4)ICL7109与89C51的接口

  本体系选用直接接口办法,7109的MODE端接地,使7109作业于直接输出办法。振荡器挑选端(即OS端,24脚)接地,则7109的时钟振荡器以晶体振荡器作业,内部时钟等于58分频后的振荡器频率,外接晶体为6MHz,则时钟频率=6MHz/58=103kHz。积分时刻=2048×时刻周期=20ms,与50Hz电源周期相同。积分时刻为电源周期的整数倍,可抑制50Hz的串模搅扰。  

  在模拟输入信号较小时,如0~0.5伏时,主动调零电容可选比积分电容CINT大一倍,以减小噪声,CAZ的值越大,噪声越小,如果CINT选为0.15μF,则CAZ=2CINT=0.33μF。 

  由传感器传来的弱小信号经扩大器扩大后为0~5V,这时噪声的影响不是首要的,可把积分电容CINT选大一些,使CINT=2CAZ,选CINT=0.33μF,CAZ=0.15μF,一般CINT和CAZ可在0.1μF至1μF间挑选。积分电阻RINT等于满度电压时对应的电阻值(当电流为20μA、输入电压=4.096V时,RINT=200kΩ),此刻基准电压V+RI和V-RI之间为2V,由电阻R1、R3和电位器R2分压获得。 

  本电路中,CE/LOAD引脚接地,使芯片一向处于有用状况。RUN/HOLD(运转/坚持)引脚接+5V,使A/D变换接连进行。 

  A/D变换正在进行时,STATUS引脚输出高电平,STATUS引脚降为低电平时,由P2.6输出低电平信号到ICL7109的HBEN,读高4位数据、极性和溢出位;由P2.7输出低电平信号到LBEN,读低8位数据。本体系中虽然CE/LOAD接地,RUN/HOLD接+5V,A/D变换接连进行,但是如果89C51不查询P1.0引脚,那么就不会给出HBEN、LBEN信号,A/D变换的成果不会出现在数据总线D0~D7上。不需求收集数据时,不会影响89C51的作业,因而这种办法可简化规划,节约硬件和软件。 

  (5)显现电路

  选用3位LED数码管显现器,数码管的段控用P1口输出,位控由P3.0、P3.1、P3.2操控。7407是6位的驱动门,它是一个集电极开路门,当输入为“0”时输出为“0”;输入为“1”时输出断开,须接上位电路。共用两片7407,别离作为段控和位控的驱动。数码管选共阳极接法,当位控为“1”时,该数码管选通,动态显现用软件完结,节约硬件开支。


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