多通道通用智能温度测量仪表的设计.pdf

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1、化工自动化及仪表，2004，31（5）：69~72仪器仪表COntrOIandInstrumentsinChemicaIIndustry多通道通用智能温度测量仪表的设计唐明新，乔毅，袁爱进，吴化柱，姚晓峰，陈晓侠（大连铁道学院，辽宁大连116028）摘要：介绍一种带有CAN现场总线接口的多通道智能温度测量仪表的硬件和软件设计方法，该测量装置具有通用性强、灵活性高和测量精度高的优点。详细介绍测量通道的设计思想，以及放大电路的温度补偿、仪表的自动标定技术和线性化方法等。关键词：智能仪表；温度补偿；自动标定；线性化中图分类号：TH811文献标识码：B文章编号：1000-3932（2004）（05）-

2、0069-04!"引"言面，仪表的精度与测量和检测放大电路的性能密切热电阻和热电偶是热工测量中广泛应用的一次相关，必须消除干扰造成的影响。此外由于热电阻测量元件。研究使用热电阻和热电偶的低成本、高和热电偶的非线性，以往大都是采用软件查表或两性能的智能温度仪表是过程控制领域的研究课题。点线性化的方法，当要求线性化精度很高且测量种目前报道的温度测量装置大都是确定的测量元件，类多时需要大量的存储单元。为此，本文设计了一并且使用时必须与通道要求一致，这样就使得仪表个多通道（15路）的通用智能温度测量装置。的通用性和灵活性变差。由于现场情况不同，用户#"硬件结构希望测量方式可根据实际测量信号来确定。另一

3、方仪表的硬件电路原理框图如图1所示。图1通用巡检仪的硬件原理框图#$!"输入测量、放大及转换电路#$!$#"通道切换电路、放大电路及压/频转换电路#$!$!"输入测量通道当测量通道数目较多时，为使测量电路简单，采通常采用电流法进行电阻测量。工业上热电阻用公共的基准电流，为此在电路中需要采用多个切常采用三线制接法，这样可以消除连接导线电阻的换开关达到检测指定通道的目的。下面以图3的方影响，如图2、图3所示。当热电阻的连接线采用相式为例说明如下，见图4，电路中采用三片CD4067同的材质、线径和长度时，可认为其电阻相同。图2模拟通道切换开关K、K和K，其中K和K仅当12312*中，两个基准电流源和

4、相等，A、B两点间的电压测量通道为电阻性质时使用。借用CD4067的禁止差!U与线路电阻r无关，当放大电路采用单极性输信号EN控制开关K和K的接通与断开，由单片12入时，需要较多的电源，并且比图3需要更多的通道机的I/O输出地址信号ADDA、ADDB、ADDC、ADDD切换开关。在图3中，检测信号!U同样与线路电（采用二进制编码对CD4067的16路通道进行选阻r无关。此种方法由于各个通道测量信号的参考择）和EN信号。在测量通道为电势性质信号时，K1点相同，因而需要较少的电源和通道切换开关。和K禁止工作，测量信号直接由K进入放大电路，23对于恒流源要求有良好的稳定性，电流的大小，由于放大电路输

5、入阻抗很高，可以不计线路电阻及不应使热电阻发热，一般在5mA以下，电流大时，抗开关上的压降。在测量电阻时，K和K中选通的12干扰性能好，但驱动电流功率可能产生附加温升，从而产生额外的偏差。收稿日期：2004-04-14（修改稿）·7O·化工自动化及仪表第31卷通道开关闭合，使两路电流信号构成通路，在测量电本文介绍的温度测量仪表是SHCAN2OOO现场阻上产生电压信号经K后送入放大电路。在计算总线控制系统中SHCAN智能测控组件的一个系3［1］机软件中，对每路通道指定通道的测量性质（电阻、列。SHCAN2OOO现场总线控制系统的底层采用电势）即可。CD4O67共有16路通道，通道O用作标CAN总

6、线通信，这里扩充了一片SJA1OOOCAN总线［2］准通道，接一25O!的标准电阻，用于仪表的校准和控制器和CAN总线驱动器82C25O。CAN总线通补偿。该通道切换电路如图4所示。信波特率有四档，可根据通信距离、通信数据量进行选择，CAN总线通信距离理论上可达1Okm，目前SHCAN2OOO现场总线在不加任何中继时，已达3km。在远距离应用时，CAN总线两端的终端电阻对［3］通信影响很大，必须选择合适的终端电阻，由于CAN接点均有光电隔离器，必须确保CAN总线有效图2三线制热电阻接线电平在1.2V以上。2.3人机接口电路单元该温度测量装置配有人机接口电路单元，利用CPU的串行口与可配置的智能

7、键盘显示接口电路相连。该显示器一方面可作为通用的仪表参数设置和图3三线制热电阻接线显示装置，亦可作为SHCAN智能测控组件的组态工注：Rt———热电阻对应温度的阻值；r———线路电阻具，可实时的对智能测控组件的功能进行组态。SHCAN智能测控组件软件中拥有8O多个组态模块供选择，可根据要求进行配置。在正常显示状态时，显示器有三排LED八段数码管显示器，上排显示器作为测量通道号的指示（1~15）值，