智能微機型熱值測量計系統(tǒng)設計
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測量電路中多路開關S的切換由雙4選1模擬開關4052（內(nèi)部的兩個模擬開關是電絕緣的,完全獨立）實現(xiàn),4052的輸出直接接至放大器的輸入端。4052的Y0, Y1, Y3都接到電橋的參考支路上,則當4052接通X0時,輸出電壓對應的數(shù)字量是NL;當4052接通X1時,輸出電壓對應的數(shù)字量是NH;當4052接至X3時,輸出電壓對應的數(shù)字量是Nt。X2這一通道留作點火絲檢測使用。
測量支路（既4052的X3通道）串接電阻IR5后通過電容IC5接到地,目的是消除測量時引入的噪聲。
3.3.3 測量放大器
溫度測量電路中放大器采用美國AD公司的精密單片集成測量放大器AD620。AD620是根據(jù)典型的三運放結構改進而成的一種單片儀表放大器,是一種完整的差分或減法放大系統(tǒng),由于對內(nèi)部匹配電阻進行了精密激光修整,所以具有優(yōu)良的線性度和共模抑制。它僅用一只外接電阻設置增益,范圍為2～1000單位增益無需外接電阻。
3.3.4 A/D轉換器
溫度測量電路中模數(shù)轉換器采用美國Intersil公司的ICL7135。ICL7135為全MOS工藝4位半雙積分式A/D轉換器。在單極性基準電壓（VR=+1V ）供給之下,能對雙極性輸入的模擬電壓進行A/D轉換,并自動輸出極性判別信號和自動量程控制信號。它采用了自校零技術,可保證零點在常溫下的長期穩(wěn)定,零點的溫度系數(shù)2μV/℃,模擬輸入可以是差動信號,輸入阻抗極高,輸入零點漏電流10pA。采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式,一次A/D轉換完畢其數(shù)據(jù)輸出選通脈沖輸出端（STB）輸出5個負脈沖,分別選通高位到低位的BCD碼數(shù)據(jù)輸出。
3.4 系統(tǒng)檢測與控制模塊
點火絲檢測的實質是檢測連入電路的點火絲的電阻大小。當點火絲短路時,電阻值很小,斷路時阻值較大,正常時電阻值介于兩種情況之間。閥門的位置檢測采用發(fā)光二極管和光敏三極管組成的光電檢測電路。閥門和桶蓋的開關使用可逆減速電機控制,點火、攪拌和風扇的接通由雙向可控硅控制。
3.5 網(wǎng)絡接口模塊
由于系統(tǒng)要求有一定的實時性和較復雜數(shù)據(jù)處理能力,因此依靠網(wǎng)絡將實驗數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機進行處理將是適宜的?？刂凭钟蚓W(wǎng)CAN是一種具有多主通信能力的現(xiàn)場總線,且其傳送的信息采用短幀結構,傳輸時間短,差錯率低,能很好地滿足系統(tǒng)的要求。因此本系統(tǒng)采用CAN總線搭建分布式的自動測試網(wǎng)絡。每一臺熱量計通過SJA1000和82C250連接到總線,PC機則通過RS232-CAN外置轉換卡連接至總線上。
3.6 數(shù)據(jù)處理模塊
數(shù)據(jù)處理模塊主要由PC機監(jiān)控軟件組成,數(shù)據(jù)通過CAN總線由熱量計經(jīng)RS232-CAN外置轉換卡傳送到PC。監(jiān)控軟件采用多線程方式時刻監(jiān)視串口,一旦接收到數(shù)據(jù),就利用PC機強大的數(shù)據(jù)處理能力進行計算。同時在軟件的操作界面上以實時曲線的形式動態(tài)顯示實驗數(shù)據(jù),并用動畫表示實驗正處于的實驗階段。數(shù)據(jù)處理模塊的主要功能是:操作串口收發(fā)命令與數(shù)據(jù)、實驗參數(shù)設置（包括算法選擇）、熱值計算、繪制溫度曲線、動畫顯示實驗進程、實驗數(shù)據(jù)管理、曲線和實驗結果的打印輸出等。 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173801.htm
4 熱值測量系統(tǒng)軟件設計
A/D轉換器ICL7135與單片機采用中斷方式連接,在中斷INT0的中斷服務程序中完成整個系統(tǒng)操作。在計算出溫度值之前,必須測得溫度測量電路的相關參數(shù)。因此在測量溫度之前,即在預備期中單片機通過模擬開關4052接到電路的不同位置,A/D轉換依次得NH、NL,并通過網(wǎng)絡發(fā)送至PC機。在初期、主期和末期測得的Nt也發(fā)送到PC機后,由PC機的軟件計算,并通過解鉑電阻傳感器的二次傳輸方程得到溫度值。不論是NH、NL還是Nt,單片機都是將它們當作形式相同的數(shù)據(jù)發(fā)送至PC,PC軟件根據(jù)實驗正處于的不同階段對之作不同處理。系統(tǒng)主程序流程如圖4:
圖4 單片機主程序流程
5 誤差分析
微機型量熱儀的定值輸出及增益的恒定系統(tǒng)誤差不會帶來發(fā)熱量的測量誤差,但它們的穩(wěn)定性會影響發(fā)熱量測量精度。定值輸出溫漂系數(shù)、單位增益溫漂系數(shù)描述了這種影響的大小。儀器傳輸特性的非線性對發(fā)熱量測量精度的影響最大,所以在使用新的量熱儀前要進行線性度檢定實驗,即采取不同質量的標準物質進行檢定,如果測定結果的極差達到技術要求,則表明儀器的線性是好的。
根據(jù)對誤差的分析,可得到提高發(fā)熱量測量精度的方法:
（1） 盡量使測量發(fā)熱量時和標定熱容量時的內(nèi)筒起始溫度相近,即二者均應與環(huán)境溫度接近;
?。?） 保持實驗過程中的機內(nèi)溫度盡可能恒定:
（3） 根據(jù)試樣發(fā)熱量估計值,適當控制用量,使實驗的溫升接近于標定熱容量時的溫升。
6 小結與本文創(chuàng)新點
本文由此實際需要出發(fā),詳細地分析熱值測量的原理和方法,設計出具有較高自動化程度的自動熱量計,從而大大地提高了工作效率。并且根據(jù)實際應用要求利用現(xiàn)場總線（CAN總線）技術將多臺自動熱量計組建成分布式測試系統(tǒng),由PC機作統(tǒng)一的控制和管理,各熱量計之間相互獨立,互不干擾。為使整個測量過程實現(xiàn)自動化、智能化,本文為此測量系統(tǒng)設計出了功能強大的監(jiān)控軟件。最后分析了運用本系統(tǒng)測量所產(chǎn)生的誤差,得到了一起傳輸特性的非線性對發(fā)熱量測量精度影響最大的結論,并就誤差來源提出了若干提高測量精度的措施。
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