智能型数字温度显示调节仪的研制_计量标准器具_中国百科网
智能型数字温度显示调节仪的研制
    白玉倪羽中鑫刘玉龙[提要]:论述用单片机开发的智能型数字温度显示调节仪。介绍了设计思想、硬件组成、软件开发和实际应用效果。这是一种低成本高性能的数字显示仪表。关键词:单片机运算放大器智能仪表调节仪温度巡检仪数字式温度显示仪表与模拟式温度仪表相比较，具有测量精度高、速度快、灵敏度高、读数方便等优点，正在逐渐取代动圈式模拟指示仪表。但是由于数字式温度仪表大都需要对温度传感器输出值进行放大、非线性校正和冷端温度补偿处理，所以大多数数字式温度仪表的线路都比较复杂，校验也比较麻烦，同时也很难达到较高的精度。我们利用8031单片机研制了一种能与多种型号热电偶配接的智能型温度显示调节仪，本文叙述其硬件组成、工作原理及软件编制。1硬件组成及工作原理目前大多数数字显示仪表的价格都比较高，所以我们的设计思想是充分利用8031单片机的软件功能，尽量减少外围元器件，既要低成本又要保证较高的显示控制精度。1.1元器件的选择微处理系统是由一片八位8031单片机、一片74ls373八口锁存器和一片8k程序存储器eprom2764组成的最小系统，晶振为6 mhz。a/d转换器选用三位半sg14433，该转换器抗干扰性能好，转换精度高(相当于i1位二进制数)，自动校零，自动极性输出，动态位扫描bcd码输出，可与8031单片机接口直接相连，单基准电压，外接元件少，价格低廉。弱热电势信号放大器是整个仪表保证精度、提高抗干扰性能的关键部件，所以选择了性能较好的斩波稳零集成运算放大器icl7650作为第一级放大器，其特点是超低失调和超低漂移，高增益高输人阻抗。由于s型、b型热电偶产生的热电势较低，_故选择了一片通用运算放大器lm324为第二级放大器。热电偶冷端温度测量，采用了晶体三极管作为温度传感器。为实现自校零及采集热电偶的热电势、冷端温度电势及调节用的设定值，采用了一片三组二路双向模拟开关cd-4053为切换开关。为确保仪表测量精度，整个系统基准电压采用了一片sgi403能隙基准电压源。硬件组成如图1所示。1.2工作原理根据热电偶中间温度定律其中to为热电偶冷温度，&为热偶测量温度，要显示t值，必须知道eab(t, to)值和eab(t, to)再通过计算，查热电偶分度表即可求出t值。本仪表就是根据上述原理设计的，如图，由运算放大器a, (icl7650)和a= (lm324)作为eab(t, to)信号的放大器。当所配接热电偶为s型，s型低热电势电偶时，选择开关k，接到a,输出，通过调整w，改变放大器的放大倍数便可调整仪表的量程。当配接k型、e型热电偶时，由于其热电势较高，所以k，接到a,输出端，调整w,便可调整仪表的量程。这样就满足了不同型号热电偶热电势的放大要求。经模拟开关eab(t, to)的放大信号接到a/d转换器的输人端，便可测得eab(t, to)的数字量。冷端温度to的检测是利用晶体三极管3dg6的vbe-t温度特性关系，即电压温度系数为一2.0 mv/℃而设计的。由跳给3dg6基极和集电极提供基准电压，当冷端温度为to时，调整w2使发射极电压为to (mv),当冷端温度上升或下降1℃时，发射极电压将增加或减少2.0 mv,以1 000.0 mv为荃值检测发射极的电压值，经模拟切换开关及a/il转换器，便测得w的数字量。根据to值利用软件查分度表求出eab(t, to)值。根据(1)式求出eab(t, to)值，再利用分度表查出t值，经过量化由8031的串行口送出进行显示。w3是提供给定值信号的，它安装在仪表前面板上，与按键n2配合进行给定值的设定和显示，这样设计既简单又避免了数据的掉电保护要求。2软件编制的要点本仪表的软件分主程序和子程序(包括中断服务程序)二部分。子程序为8031单片机运行时所需的各种定点、浮点运算、a/d转换、热电偶分度表、中断服务及显示和控制等程序。主程序根据热电偶工作原理把子程序组织起来，配合硬件完成仪表的各项功能。主程序编制要点如下:(1)初始化进行上电复位或手动复位自校零点，由8031的p2.5-7接通1/4053 -2端，2/4053 -1端和3-4053-1端，使放大器输人端接地，所以仪表放大部分没有调零电位器，而是由软件完成检零工作。由8031的p2.5-7接通3/4053-2端，采集控制的给定值two( 2)由8031接通1/4053 -1端，2/4053 -1端和3/4053-1端，检测热电偶产生的热电势eab(t, to).(3)由p2.5}7接通2/4053-2端和3/4053-1端检测to值。(4)根据p3.6 , p3.7的电位高低，判断所配接热电偶的分度号。(5)查对应的热电偶分度表求出eab(t, to)值。(6)根据式(1)求出eab(t, to)值，并查对应的热电偶分度表，求出;值。(7)将t值进行量化，通过8031的串行口rxd, txd送出进行显示。(8)比较t值与设定值tbp超限则置p3.4 , p3.5为高电平，使显示灯发光，继电器动作。(9)主程序返回第2步，使程序循环进行。3几点说明(1)给定值的设定是通过中断into进行的，按动开关n=, into为低电平，则程序跳转到中断服务程序，该程序使3/4053-2端接通，对}3的输出量值进行a/d转换，把此值定为设定温度值tep，并进行显示，且存人内部ram中，以便与&值比较。仪表每次上电、复位时，都要采集一次tr值，所以该设定值具有掉电保护功能。(2)查热电偶的分度表方法，采用了简单增量分度表法。此法计算时间短，精度高占用字节少，例如s型0-1600℃的热电偶分度表的表格仅占用了76个节，查表误差不超过士1 9c。所以在程序存储器中可以存几种型号的分度表格。(3)本仪表的输出可以具有多种形式，图1所示的是位式调节形式。还可以组成无触点式(利用双向可控硅)进行连续调节等其它输出形式。(4)利用本表的原理，可以方便地开发出多路智能温度巡检仪。4结语从工作原理图中可以看出，本仪表的硬件电路十分简单，而且元器件少又都是通用件，所以容易组成。电源采用t5 v dc供电即可。基准稳压源sgi403充分的利用，为仪表的精度莫定了基础。冷端温度补偿的方法也采用了非线性查表法，理论上不存在补偿误差，这也是提高仪表精度的一个方面。每次仪表上电或复位都对仪表的零点进行一次自校，这样克服了一般仪表存在的零漂问题。经实际校验，s型量程为o}i 600℃的仪表显示最大误差为t3℃，远优于0.5级的精度。故此仪表可以说是一种低价格高精度智能型数字显示仪表。
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XMX-01袖珍温度数字显示仪与WREM系列表面热电偶及WZPM表面热电阻配套，测量各种固体表面、气体、液体、以及橡胶、沥青、塑料等温度、广泛用于橡胶、纺织、造纸、造船、食品、钢铁、有色金属、石油制品，陶瓷玻璃等工业。采用LCD数字显示，被测值直观、清晰。温度仪体积小，重量轻、携带方便。
XMX-01仪表的原理如方框图所示，热电偶的信号，经冷端补偿，由运算放大器进行直流放大。放大后的信号由运算放大器组成的二极管电路作非线性校正，然后通过大规模集成电路ICL7116进行模数转换，并由液晶显示器显示出温度值。XMX-02仪表的输入信号是热电阻阻值变化，通过校路将电阻信号转换成电压信号，然后将此信号放大，校正、A/D转换，显示出温度。
输入信号：分度号E（EA－2）、K热电偶；分度号Pt100热电阻
测量范围：热电偶K　0～1000℃　　E　0～600℃
热电阻－100～199.9℃
显示方式：液晶数字显示，3位或3.5位
显示基本误差：±0.5　FS±1个字
分　辨　力：1℃（热电偶输入）或0.1℃（热电阻输入）
附加功能及符号：1）显示值保持“↑”
2）热电偶、热电阻断线指示“－1”
3）电池电压降低指示“B”
热电偶冷端温度：内部自动补偿
工作环境温度：0～45℃
电　　源：9V干电池6F22单节，可连续工作100小时以上
型号、规格
测量范围℃
E（EA－2）
0～300　　0～600
0～600　　0～1000
－100.0～199.9
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用户评论&|&
问：我厂买了你们的这种产品两台，其中一台的传感器坏了，我们就把另一个的传感器换了过来，但是温度有误差，什么原因？&&&&秦战胜答：您好！&请拨打我们技术电话021-&&&&在线技术支持问：请问产品型号：XMX-01 产品名称：袖珍温度数字显示仪 报价多少&&&&周洁答：您好！&&&&感谢您对上仪营销中心的支持和关注!785元/台&&&&在线技术支持答：您好！产品询价请打：021-&&&&感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：测量辊筒的金属表面温度，实测值0~200度的范围。请问选用XMX-01款的话，分度号选K型的，还是E型？除了温度范围，有没有其他的区别，能不能说的详细些，我主要是在意它的使用寿命。&&&&jecht答： 您好！&&&&感谢您对上仪营销中心的支持和关注!您选用E型的就可以啊，其他没区别的啊 &&&&在线技术支持问：你好，以下型号有吗，如果有麻烦帮我查下价格及货期，另请附产品资料：热电偶温度计XMX-1310 谢谢！&&&&张艳答：您好！&该型号产品，货期是一周，如有需要请致电：021-&&&感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：您好！去年购买的XMX-01袖珍温度数字显示仪开机后，温度显示值由200度慢慢减少为-1879度，最终停留显示值为-1879度左右。请问是什么原因，能否修理？&&&&秦齐答：您好！&可以修理;这样的现象有几种可能.1、输入端是否接温度传感器（不能开路或短路）2、温度传感器是否正常3、数显表设置是否正确（应该设置和温度传感器分度号一致）如有不详请致电：021-&&&&感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：你好，我们公司进油管道上的数显仪坏了，想再在求购一台，我们公司的工作范围为200℃-250℃，请问贵司的价格是多少？&&&&韦唯答：您好！您所需要的资料已发送至您的邮箱，请注意查收！如有不详之处请致电：021-.感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：你好：请问贵单位是否生产，带USB输出的温度控制显示仪？大约价格是多少？请答复！&&&&shiy答：您好！我厂专业生产温度控制显示仪。您所需要的资料已发送至您的邮箱，请注意查收！感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：您好，我公司曾购买了贵公司的XMT-100，但是说明书丢了。现在需要重新设定参数，贵公司可否将该产品的说明书发给我？或者传真至025-
谢谢&&&&畅舒答：您好！您所需要的资料已发送至您的邮箱，请注意查收！如有不详之处请致电：021-.感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：你好！XMX-02带高低温报警吗？价格是多少&&&&刘云答：您好！此款表的功能没有高低温报警功能，只可为数字显示。感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持问：能不能提供给公司该产品的原理图？&&&&刘悦谦答：您好！原理为：信号输入→冷端补偿电路→前置直流放大器→模拟非线形校正→A/D转换→液晶数字显示。感谢您对上仪营销中心的支持和关注!&&&&在线技术支持
如果您对该产品有疑问，请在这里填写，我们的工程师会为您答疑！
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