多路温度测试系统设计.doc

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1、多路温度测试系统设计1、测试原理在此处应用测温电桥对温度进行测试，测温电桥的基本原理电路如下图所示：电路中利用电桥作为温度的测量电路，电桥中的Rs为阻值与温度有关的热敏电阻，它的温度特性由（1）式进行描述：（1），T即是所测温度(℃)。测量电桥由直流稳压电源U1供电，U1=715V，热敏电阻选用铂电阻，用其作为电桥的一个桥臂。R1，R2，R3为标准精密电阻，此处可选取R1=R2=R3=100Ω。那么在0℃时，电桥即处于平衡状态，则电桥对运算放大器的输出为0。当环境温度变化时，Rs将随环境温度变化而不再等于R0（由1式知），此时电桥失去平衡，对运算放大器有不平衡电压ΔE输出。电桥的输出电压

2、由AD22055检测放大后进行输出，放大倍数初定为50。由于传感器输出为mV级，共模电压会很大，所以传感器与检测电路之间加入放大器可满足匹配与放大的需要。由上面的图可知，有：，将各电阻值代入上式，可得：，又因为运算放大器放大倍数设为50，则有U0=50×ΔE，从而有：两式成立。由上述可知，ΔE经运算放大器放大输出后，经过滤波、隔离处理后送往A/D模块进行采样，最后由计算机处理以求出U0。又由UREF和α为已知量，则可通过得到温度T的值。２、测试系统的组成初步选用PC104型计算机系统作为搭建平台，所用的I/O板和A/D板也为PC104总线式模块，可使测试系统的设计更为简洁。为了实现同时对

3、多路温度参数的测试，可选用基于I/O板控制的继电器矩阵，PC104计算机通过I/O板来控制不同继电器的闭合与断开，同时选择不同的测温电桥提供输入检测信号。系统具体结构如下图所示：具体设计参数：计算机：PC104，主频100MHz；I/O板：DM6812，具有48位I/O端口，其中的24路（即P1，P3，P5）只能作为输出使用，其他24路（P0，P2，P4）既可输入又可输出，同时还可以进行中断操作；A/D转换：模拟量/数字量转换器，型号DM6420，其是12位A/D转换，在0～500mV范围内其测量误差可达到1mV以下；滤波电路：采用无源双T网络，主要用于消除50Hz工频干扰；隔离放大器：

4、采用AD210，采用隔离后可将测量电压和计算机电源彻底分离，使计算机的数字系统更加安全，同时可以滤去输入信号所带来的一定干扰，提高测试精度。滤波、隔离电路的原理图如下图：继电器矩阵电路在本系统中作为动作执行元件，起重要作用。继电器工作的可靠与否，将直接关系到本系统的功能实现。本系统的继电器矩阵为8×8的矩阵形式，继电器矩阵与I/O端口对应关系如下图所示：由于继电器控制为纯粹的I/O输出式控制，并且DM6812的P1，P3和P5端口为字操作且无中断功能，而P0，P2，P4端口为位操作并且支持中断功能。所以本继电器矩阵控制采用P1和P3来作为矩阵的输出控制。由上图可看出，P1端口组成继电器矩

5、阵的列控制，而P3端口组成了继电器矩阵的行控制，要闭合继电器矩阵中的任何一个或多个继电器，只需将其对应的I/O端口输出高电平即可。３、软件流程设计在此多路温度测试系统设计过程中，由于继电器矩阵的使用，则可通过计算机来控制I/O板，以此决定继电器的闭合与开启，从而实现通道的选择。由测温电桥传来的信号经过信号调理之后，送往A/D板，计算机发出采集指令进行数据采集。最后采集信号由计算机实现数字滤波，并通过计算公式求出所测温度T。由于此处选用PC104计算机为搭建平台，而其又是一种嵌入式工控机，它的内存是有限的，不便于运行大型的软件，因此可采用TurboC2．0作为开发软件。系统的软件可采用模块

6、化设计，以增强软件的可移植性与可维护性。系统软件主要由：主界面程序、通道选择子程序、数据采集与A/D转换子程序；数据处理子程序；结果的输出与打印子程序等模块组成。具体程序流程如下图所示：４、热敏铂电阻本系统设计中选用铂热电阻作为感应温度的器件，其是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的。按0℃时的电阻值R(℃)的大小可分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等型号，测温范围均为-200~850℃。10欧姆铂热电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能明显优于100欧姆的铂热电阻，可用于650℃以上的温区；100欧姆铂热电阻则主要用于65

7、0℃以下的温区，虽也可用于650℃以上温区，但在650℃以上温区不允许有A级误差。100欧姆铂热电阻的的分辨率比10欧姆铂热电阻的分辨率大10倍，对二次仪表的要求也相应地增加了一个数量级，因此在650℃以下温区测温应尽量选用100欧姆铂热电阻。在本系统设计中，依据一般的测温范围，可选用由江苏华仪测控技术有限公司生产的pt100型铂热电阻，其有如下特点：◆压簧式感温元件，抗震性能好；◆无须补偿导线，节省费用；◆测量精度高；◆机械强度高