基于红外技术的超速离心机测温系统研究与设计.pdf

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1、2012年第31卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)119基于红外技术的超速离心机测温系统研究与设计向阳，刘波峰，张俊，韩延结，卓思成，林卉(1．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082；2．长沙易达仪器有限公司，湖南长沙410205)摘要：超速离心机转子需要在高真空环境下高速运行，传统的接触式测温会产生较大的误差。根据红外测温的原理，采用红外热电堆传感器测量转子的温度，介绍了红外测温系统的总体设计和测量电路硬件设计，并重点研究了环境温度与转子材料发射率对测量

2、精度的影响，采用了相应的补偿算法来提高精度．经仿真实验和实际测试表明：该系统能满足超速离心机的温控要求。关键词：超速离心机；红外测温；放大调理电路设计；环境温度与发射率补偿中图分类号：TH811文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)03--0119-03ResearchanddesignofultracentrifugetemperaturemeasuringsystembasedoninfraredtechnologyXIANGYang，LIUBo—feng，ZHANGJun，HANYah．zhe，ZHUOSi

3、．cheng，LINHui(1．SchoolofEletricalandInformationEngineering，UniversityofHunan，Changsha410082，China；2．ChangshaYidaInstrumentCoLtd，Changsha410205，China)Abstract：Ultracentrifugerotorneedshigh—speedoperationinavacuumenvironment，thetraditionalcontacttypetemperaturemeasurem

4、entproduceslargeerrors．Basedontheprincipleofinfraredtemperaturemeasurement，usinginfraredthermopiletemperaturesensortodirectmeasuretherotortemperature．Theoveralldesignandmeasurementcircuit’Shardwaredesignaredescribed．Impactofenvironmentaltemperatureandrotormaterialemi

5、ssivityonmeasurementprecisionisfocusedon，andacorrespondingcompensationalgorithmisusedtoimprovetheprecision．Thesimulationexperimentsandpracticaltestsshowthatthesystemcanmeetthetemperaturecontrolrequirementsofultracentrifuge．Keywords：ultracentrifuge；infraredtemperature

6、measurement；zoomconditioningcircuitdesign；ambienttemperatureandemissivitycompensation0引言红外辐射能量。根据普朗克原理，物体辐射能量的大小直转速在30000r／rain以上的离心机被称为超速离心机。接与该物体的温度有关，用公式可以表达为当转子高速旋转时，与空气摩擦生热，转子中被分离的样品P=6s6，，(1)温度也会随之升高，将会造成样品变质。因此，需要正确地式中P为黑体辐射的能量，为史蒂芬一玻耳兹曼常数，测量转子的实际温度，以保证分离完成后样品

7、的品质。为物体的辐射率，为被测物体的绝对温度。直接测量旋转中的转子的实际温度比较困难，普通离本系统采用热电堆红外传感器，其工作原理是温差电心机通常是在离心室底部离转子较近的地方安装接触式温势效应，即同一物体的两端如果有温差，这二端将存在电势度传感器来测量离心室温度，从而间接测出转子温度。而差。在热电堆的实际使用中需考虑环境温度对输出的影超速离心机离心室则是处在高真空度环境中，传统的接触响，传感器的输出电压可表示为式测温方法会造成较大的测量误差。本文采用非接触式的U=he(，一)，(2)式中【，为传感器输出电压，K为传感器特性因子

8、，s为红外传感器来直接测量转子的温度。物体的辐射率，为被测物体绝对温度，为环境绝对温1红外测温工作原理度。一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围发出收稿日期：201l_075基金项目：长沙市产学研合作专项重点基金资助项目(K092018—11)；科技部科技中