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熱電偶傳感器測溫系統的設計應用

編輯:熱電偶廠家日期:2019-12-29 00:00所屬欄目:資訊 人已圍觀站內編號:449

簡介:介紹一種典型的單片機控制的測溫系統。 它由三大部分組成。 (1)測量放大電路(2)A/D轉換電路(3)顯示電路。 它廣泛應用于電廠、化工廠的測溫和溫度控制系統。 1、硬件設計(1)熱電偶溫...(熱電偶型號報價廠家為您整理)

介紹一種典型的單片機控制的測溫系統。 它由三大部分組成。 (1)測量放大電路(2)A/D轉換電路(3)顯示電路。 它廣泛應用于電廠、化工廠的測溫和溫度控制系統。 1、硬件設計(1)熱電偶溫度傳感器本系統使用鎳的鎳硅熱電偶,被測溫度范圍為0~655℃,采用冷端補償或補償電橋法,采用不平衡電橋產生的電位,補償由熱電偶的冷端溫度變化引起的熱電勢變化值。 不平衡橋由電阻R1、R2、R3(錳銅線卷繞)、Rcu (銅線卷繞)四個橋臂和橋穩壓源構成,與熱電偶電路串聯連接。 Rcu連同熱電偶的冷端±; 0℃、R1=R2=R3=1&Omega; 橋電源電壓為4V,由穩壓電源供給,Rs為限流電阻,其電阻值因熱電偶而異,橋通常在20℃下平衡,此時橋的4個橋電阻R1=R2=R3=Rcu,a、b端沒有輸出。 如果冷端溫度偏離20℃,則例如Rcu變高,但熱電偶的熱電勢隨著冷端溫度的變高而變小。 Uab和熱電勢的減少量相等,即使Uab和熱電勢重疊,輸出電位也不變,達到了冷端補償的自動完成。 (2)在測量和放大電路的實際電路中,從熱電偶輸出的信號zui僅為幾十毫伏( <; 30mV ),其中包含商用頻率、靜電和磁耦合等共模噪聲,在這種電路放大中需要放大電路具有高共模抑制比和高增益、低噪聲和高輸入阻抗,因此優選采用測量放大電路。 測量放大器又稱數據放大器、儀表放大器和橋式放大器,輸入阻抗高,易與各種信號源匹配。 輸入失步電壓、輸入失步電流和輸入偏置電流小,溫度漂移小。 由于時間的溫度漂移小,測量放大器的穩定性好。 在由三相運算放大器構成的測量放大器中,差動輸入端子R1和R2分別連接到A1和A2的同相端子。 輸入阻抗高,采用對稱的電路結構,并且通過將被測定信號直接施加給輸入端子,來較強地保證抑制共模信號的能力。 A3實際上是差動跟隨器,其增益幾乎為1。 測量放大器的放大率為AV=V0/(V2-V1)、AV=RF/R(1+(Rf1+Rf2)/RW )。 該電路使用微輸出傳感器是非常容易的,因為當a-1和a-2的性能彼此對稱時(主要指輸入阻抗和電壓增益),漂移大大減小,具有高輸入阻抗和共模抑制比,并且對微差分模式電壓敏感以適于測量在遠距離處傳送的信號 RW是用于調整放大率的外接電阻,在此使用多旋轉電位器。 在實際電路中,A1和A2以低漂移和高精度傳送OP-07芯片,并且失調電壓溫度漂移&alpha; VIOS和輸入失步電流溫度漂移&alpha; IIOS小,OP-07是超高過程和&ldquo; 吉娜微調&rdquo; 技術、VIOS、IIOS、&alpha; VIOS與&alpha; IIOS均較小,廣泛應用于穩定積分、精密相加、比校準檢波和微弱信號的精密放大等。 OP-07需要雙電源供給,溫度范圍為0~70℃,通常不需要零調整,需要零調整時可通過RW進行調整。 A3采用741芯片,要求雙電源供應,供電范圍為±; (3~18)V,典型的供電為±; 15V,一般為±以上5V,內部包含補償容量,無需外接補償容量。 (3)A/D (模擬數字)轉換電路用測量放大器放大的電壓信號,其電壓范圍為0~5V,該信號是模擬信號,計算機不接受,因此需要進行A/D轉換。 在實際電路中,選擇ICL7109芯片。 ICL7109是具有高精度、低噪聲、低漂移、廉價的雙積分型12位A/D轉換器。 當前,由于12位依次近似式A/D轉換器昂貴,因而當要求速度不太高時,例如在測定測定壓力、測定溫度等各種傳感器信號的高精度的測定系統中,能夠采用廉價的2積分式12位A/D轉換器ICL7109。 ICL7109主要具有(1)高精度(1/212=1/4096為止)這樣特性(2)低噪聲(標準值為15&mu; VP-P; (3)低漂移( <; 1&mu; V/℃; (4)高輸入阻抗(標準值1012&Omega; ]; (5)低功耗( <; 20mW; (6)在轉換速度zui達到30次/秒并且將3.58MHz晶體振子用作振動源的情況下,速度為7.5次/秒的(7)芯片中具有振蕩器,并且可以通過將晶體振蕩器或RC電路連接到芯片外部來構造具有不同頻率的時鐘電路,(8)12比特二進制輸出; 其中具有1比特極性比特和1比特溢出比特輸出(9)輸出與TTL兼容,并且可以以字節(劃分為高字節)三態輸出,具有VART掛接方法,通過簡單的并行或串行端口將輸出連接到微處理器系統( 10 );以及 和STATUS (狀態)信號可監視控制切換時間的( 11 )所有輸入端子均有防靜電電路。 ICL7109內部包括14位鎖存器( 12位數據和1位極性、1位溢出)和14位三態輸出寄存器,無需向外部添加鎖存器即可直接連接到各種微處理器。 ICL7109有兩種接口方法:直接接口和掛接接口。 在直接接口方案中,當ICL7109的轉換終止時,轉換終止命令被從STATUS輸出到單片微計算機,并且單片微計算機按照分開的方式讀取轉換之后的數據,其中該轉換后的數據包括高位字節和低位字節。 在掛接接口方案的情況下,ICL7109提供工業標準的數據交換模式并且應用于遠程數據采集系統。 ICL7109是一個40線雙聯封裝,各針腳的功能參考了相關文獻。 (4)ICL7109和89C51的接口基本系統采用直接接口方式,7109的模式側被接地,7109以直接輸出方式動作。 當振蕩器選擇端子(即,OS端子,24腳)接地時,7109個時鐘振蕩器工作在晶體振蕩器中,其內部時鐘等于58分鐘的振蕩器頻率,而外部晶體是6MHz,時鐘頻率=6MHz/58=103kHz。 積分時間=2048×; 時間周期=20ms,與50Hz電源周期相同。 積分時間是電源周期的整數倍,可以抑制50Hz的串行模式干擾。 在模擬輸入信號較小的情況下,例如,在0~0.5伏的情況下,可以將自動調零電容設為積分電容CINT的2倍,可以減少噪聲,CAZ的值越大,則噪聲越小,如果CINT被選擇為0.15&mu,則CAZ=2CINT=0.33&mu; f。 當來自傳感器的微弱信號被放大器放大之后處于0~5V時,噪聲的影響不是主要的,而是可以較大地選擇積分電容CINT、CINT=2CAZ、CINT=0.33&mu的f、CAZ=0.15&mu; f,通常CINT和CAZ在0.1&mu的f到1&mu; f間選擇。 積分電阻RINT是與滿足度電壓情況對應的電阻值(電流為20&mu; a、輸入電壓=4.096V時,RINT=200k&Omega; 在此情況下,基準電壓V+RI與V-RI之間為2V,通過電阻R1、R3與電位器R2的分壓來取得。 本電路將CE/LOAD端子接地,芯片始終處于有效狀態。 在RUN/HOLD (運行/保持)端子上連接+5V,連續進行A/D轉換。 在A/D轉換正在進行中,當狀態端子成為高電平、狀態端子成為低電平時,從P2.6向ICL7109的HBEN輸出低電平的信號,讀出高位4位的數據、極性、溢出比特,從P2.7向LBEN輸出低電平信號,低位8位 在本系統中連續進行CE/LOAD接地、RUN/HOLD連接+5V、A/D變換,但如果89C51不查詢P1.0端子,則不能賦予HBEN、LBEN信號,A/D變換的結果不出現在數據總線D0~D7中。 在不需要收集數據的情況下,不影響89C51的工作,因此此方法簡化了設計且節省了硬件和軟件。 (5)顯示電路采用3位LED數字管道顯示器,數字管道的段控制在P1端口進行輸出,位控制在P3.0、P3.1、P3.2進行控制。 7407是6位驅動柵極,其為集電極開路柵極,其輸入為&ldquo; 0&rdquo; 時間輸出為&ldquo; 0&rdquo; 輸入是&ldquo; 1&rdquo; 時輸出為off時,必須連接位電路。 共享兩個7407,分別作為段控制和比特控制的驅動。 數字編碼管選擇陽極接合法,其位為&ldquo; 1&rdquo; 時,此數字代碼將打開,動態顯示軟件將完成,從而節省硬件開銷。

本文熱電偶高頻詞: 信號  電路 

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