热电偶自动检定系统毕业论文.doc
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1、毕业设计论文题 目:热电偶自动检定系统热电偶自动检定系统摘 要 温度在各种工业生产和科学研究中的应用非常普遍,是一个非常重要的工业参数。在生产过程中能否对温度进行准确地测量直接影响工业产品的质量和生产的效率。 作为测温元件,热电偶被广泛应用于冶金、化工、电力、石油等工业生产部门。由于热电偶一般用于测量高温,工作环境的影响和长期地工作都将使其产生示值的漂移。为保证热电偶测量值的准确,以提高产品质量和生产效率,因此要对热电偶进行定时的校验和检定。热电偶可直接将温度转换成电信号, 所以很容易进行测量、放大, 这既有利于远距离传送, 集中管理, 也适合自动控制和微机监控。故热电偶自动检定系统将热电偶的
2、热电特性同计算机控制联系起来, 实现了热电偶检定的自动化。本设计采用单片机作为系统的智能核心,被测热电偶与标准热电偶捆绑后放入检定炉中,其输出引线通过补偿导线引入冰瓶中,进行冷端温度补偿;被测热电偶与标准热电偶各个检温点的热电势信号由低电势数据采集电路取得,并在采集电路中对其进行放大、A/D转换处理后,变成单片机能识别的数字量送入单片机处理;单片机通过执行程序,计算出被测偶与标偶的热电势的最大偏差,然后与允许的最大偏差相比较,判断出被测热电偶是否合格,完成对热电偶的自动检定 。关键词:温度;热电偶;自动检定;数据采集;数据处理Thermo-element automatic examinati
3、on systemAbstractTemperature in a variety of industrial production and the application of scientific research is very common, is a very important industrial parameters. In the production process is able to make accurate temperature measurement directly affect the quality of industrial products and p
4、roduction efficiency. As detectors. This thermocouple has been widely used in metallurgical, chemical, power, oil and other industrial sectors. As general thermocouples for measuring the heat, the working environment and the long-term impact of the work will produce the drift indication . To ensure
5、that the thermocouple measurements are accurate, and improve product quality and production efficiency. thus there is a need to conduct regular thermocouple calibration and testing. Thermocouple temperature can be directly converted into electrical signals, so it is easy to measure, zooming, which i
6、s conducive to long-distance transmission, centralized management, is also suitable for computer control and monitoring. Therefore thermocouple automatic verification system will thermocouple thermoelectric properties associated with computer control, Implementation of the thermocouple test automati
7、on.The design used as a microcontroller core of the intelligent, measured thermocouple bundled with the standard thermocouple after Add test furnace, Lead output through the introduction of compensation Traverse ice bottle, cold-temperature compensation; thermocouple measured with standard thermocou
8、ple temperature seized various points of thermoelectric power signal from low voltage data acquisition circuit acquisition, Acquisition Circuit and its amplification and A / D conversion processing, SCM can identify into the digital into the microprocessor; SCM through the implementation of procedur
9、es, calculated measured with dual standard of thermoelectric power of the maximum deviation, and then allow the deviation compared determine whether the measured thermocouple qualified on the completion of the thermocouple automatic verification. Key words: Temperature; Thermo-element; Automatic exa
10、mination; Data acquisition; Data processing目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题研究的意义11.1.1 课题的研究背景11.1.2 热电偶自动检定系统的功能11.1.3 热电偶自动检定系统的发展方向21.2 热电偶自动检定系统简介31.2.1 热电偶检定及检定方法31.2.2 热电偶自动检定系统的结构31.2.3 热电偶自动检定系统的工作原理51.3 本课题的研究内容7第二章 热电偶测温计及测量对象温度简介82.1 温度对象基本概念82.2 热电偶温度计及其测温原理92.2.1 热电偶测温的基本原理102.2.2 热电偶的基本定律
11、122.2.3 标准化热电偶132.2.4 热电偶的结构形式15第三章 系统硬件电路设计163.1 冷端温度补偿163.1.1 冷端温度补偿方法163.1.2 补偿方法选择183.2 信号放大电路设计183.2.1 信号放大电路功能183.2.2 信号放大电路的选择要求183.2.3 信号放大电路的类型183.2.4 信号放大器放大倍数的设定203.3 A/D转换系统设计213.3.1 TLC0832功能及特性简介213.3.2 TLC0832的连接电路223.4 显示接口电路设计233.4.1 LED数码管简介233.4.2 LED数码管驱动电路243.5 控制键盘的设计253.5.1 键盘
12、接口技术简介253.5.2 键盘电路形式273.5.3 键盘按键编码273.5.4 键盘监控方式283.5.5 系统功能键盘设计28第四章 热电偶检定系统程序设计294.1 A/D转换子程序294.1.1 A/D转换子程序设计方案294.1.2 A/D转换子程序功能实现304.2 线性化及标度变换子程序304.2.1 数据线性化处理概述304.2.2 线性化处理方法314.2.3 线性化处理及标度变换子程序设计方案334.3 处理子程序334.4 显示子程序(显示小数点后2位)354.4.1 显示子程序设计方案354.4.2 显示子程序功能364.5 主程序设计364.5.1 主程序的功能36
13、4.5.2 主程序设计方案37第五章 系统调试实验385.1 试验目的385.2 试验设备385.3 试验数据及数据处理385.4 结论38参考文献39附录A:热电偶自动检定系统硬件电路图40附录B:主程序流程图41附录C:处理子程序流程图42附录D:A/D转换子程序流程图43附录E:线性化及标度变换子程序流程图44附录F: 显示子程序流程图45附录G:键盘子程序流程图46附录H:热电偶自动检定系统程序设计47致 谢58第一章 绪论1.1 课题研究的意义1.1.1 课题的研究背景 随着时代的发展,热电偶在工业生产中应用越来越广泛,而其测量结果是否准确1也成为我们十分关注的问题,所以对热电偶进行
14、定期地检定便非常重要。 在传统的热电偶校验及检定方式中,都没有专用的设备,而是通过人工操作许多的检定仪器,来实现对热电偶的检定。这就导致了许多检定仪器的利用率很低,而且接线非常繁杂。如:检定炉温度控制系统多采用模拟PID控制算法,需要人工调整并依据经验做出判断,这对操作人员的能力要求非常高。同时,检定过程中数据的记录也是采用手工方式,由于检定耗时较长,在记录过程中温度往往已经偏离了检定点,并且对检定结果的处理运算量非常巨大。这些因素造成的测量误差已经直接影响到温度量值传递的准确性。由于传统的热电偶检定方式效率的低下而且精确度低,已无法满足现代化企业对温度计量上的需要,由此便给我们提出了新的研究
15、课题:要求我们设计一套只需工作人员作简单设定和接线后,便不再需要人参与,而由系统自动完成对热电偶检定工作的检定系统。1.1.2 热电偶自动检定系统的功能热电偶自动检定系统是一种集计算机或单片机技术、电子测量技术、自动控制技术于一体的自动化检定系统,该系统以单片机或微型计算机为主体,由低热电势多路数据采集装置,高稳定控温系统,显示单元和主控制软件构成,主要用于自动检定各种工作热电偶。整个检定过程除需要检定员将热电偶、热电阻捆扎、接线外,其余均在计算机控制下由系统自动完成。因此,可以实现对热电偶的快速检测,避免人为误差,提高了测量校验的准确度,并减轻了检定人员的劳动强度。故该系统可广泛用于计量、军
16、士、电力、石油、冶金、化工等部门。1.1.3 热电偶自动检定系统的发展方向自热电偶自动检定的课题提出以来,经过10多年的研究,热电偶自动检定技术已取得了长足的发展,某些国家已达到了很先进的水平。由于我国仪表技术起步比较晚,直到近几年来,在国家大力扶持下,我国的一些技术先进的仪器仪表厂家逐渐兴起,国内对热电偶自动检定技术的研究也进入了百家争鸣的时代,所研制的检定设备也层出不穷,花样不断翻新。就调研和查阅资料所得的信息来看,热电偶自动检定系统的研究将主要向两个方向发展:微处理器型这种类型的检定设备是以各种各样的微处理器为智能核心(如80C51单片机),自组专用CPU系统,将检测、控制和数据处理等各
17、项功能设计在一块线路板上或一个机箱内。其特点是体积小,成本低,自动化仪表程度高。其缺点是开发阶段投资多,工作量大,线路复杂,专业性强,技术难度高,而且在显示及打印输出方面功能有限,故不易推广使用。通用微型计算机型这种类型的热电偶检定设备是直接利用目前迅速发展的微机控制技术进行开发。它通过专门设计的一个通信检测接口,利用计算机强大的智能控制和数据处理功能,结合可视化操作界面和高级程序设计语言,配合键盘、鼠标和打印机输入输出功能,实现对热电偶的自动检定。这种类型的检定系统的特点是开发环境优越,技术难度和工作量小,检定精度高,人机交互界面友好,功能齐全完善,故易于推广使用。其缺点是成本高,体积大,检
18、定系统会占用一定的微机资源。1.2 热电偶自动检定系统简介1.2.1 热电偶检定及检定方法所谓“检定”,是指为评定热电偶的热电特性是否合格而进行的全部工作。其中包括外观检查和在规定的温度点检查其热电动势的量值大小和稳定程度是否符合标准规范。热电偶的检定步骤和检定周期按国家计量部门制订的“检定规程”进行。热电偶的检定工作由分度前准备、分度和数据处理三部分组成(对于工业用热电偶的分度,人们也常称为检定和校验)。对热电偶进行检定,可采用以下三种方法。 双极比较法:将同分度号同种规格的正、负极偶丝焊接成热电偶,直接测量标准器与被检热电2偶的热电势。测量过程:将捆绑后的热电偶束插入炉膛内,并把热电偶的冷
19、端引入零度恒温器内。先使炉温恒定在检定点温度附近,然后开始依次读取标准偶与被测热电偶的热电势。每只热电偶数据读取23次。 同名极比较法:将同型号的标准热电偶与被检热电偶工作端捆在一起,在固定点上进行电极热电势的比较。测量过程与上述方法相同。微差法:将同型号的标准与被检热电偶反向串联,直接测量其热电势差值。1.2.2 热电偶自动检定系统的结构经调查考证:目前所研制出的热电偶自动检定设备主要分为2大类:微处理器型。这种类型的检定设备,以各种各样的单片机等微处理器为智能核心,组织外围电路,将检测、控制和数据处理等各项功能集成在了一块线路板上。这种类型的设备其系统原理构成如图1.1所示图1.1 热电偶
20、自动检定系统原理图微处理器型热电偶自动检定系统主要包括:80C51单片机、冰点瓶、放大电路、A/D转换芯片TLC0832、LED数码管等设备。它的优点是体积小,成本低,自动化仪表程度高。但因其开发阶段投资多,工作量大,线路复杂,专业性强,技术难度高,而且在显示及打印输出方面功能有限,故不易推广使用。通用微型计算机型。这种类型的热电偶检定设备,是直接利用目前迅速发展的微机控制技术进行开发的。通过专门设计的一个通信检测接口,将热电势多路数据采集装置与计算机相连,利用计算机强大的数据处理和控制功能,结合可视化操作界面,配合键盘、鼠标和打印机输入输出功能,实现对热电偶的自动检定。这种类型的设备其系统构
21、成如图1.2所示图1.2 热电偶自动检定系统原理图微型计算机型热电偶自动检定系统是以计算机为核心,包括了冰点瓶,防大电路,TLC0832,打印机以及检定炉控温系统等。它的优点是开发环境优越,采用高级语言进行编程,技术难度和工作量小,检定精度高,人机交互界面友好,功能齐全完善,故易于推广使用。本次设计中,考虑到微型计算机型热电偶自动检定系统的诸多优点,原设计思路是采用微型计算机型的设计方案,但介于条件的限制,缺少检测通信接口,而改选微处理器型的设计方案。1.2.3 热电偶自动检定系统的工作原理 检定方法本设计的检定系统采用同名级比较法对热电偶进行检定,将标偶与被测热电偶的2工作端捆绑后放入管式电
22、阻炉中,通过高稳定控温系统的控制,使电阻炉温度稳定在符合要求的检温点附近,然后分别对标准热电偶与被测热电偶进行采样,并将采集到的数据送入单片机中进行处理、存储。控温过程在对热电偶进行检定时,根据国家计量部门制订的“检定规程”规定,要求检定炉炉温达到所需的检定温度点士10范围内,且炉温变化每分钟不超过0. 2时,方可进行数聚采集。所以要对检定炉炉温进行控制。首先根据检定需要设置好各个检温点, 并由单片机通过串口1(串行通信端口)将其送给控温系统中的单片机, 控温系统根据测温热电偶的测量值与设定值(即检温点)的偏差大小进行一系列的PI,PID运算,输出结果控制可控硅调压器,调节电阻炉的输入电压,对
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