高精度自动测温系统研究与开发

　　0　前言

　　随着科技的飞速发展,对温度测量的准确性、可靠性和效率都提出了更高的要求,目前自动测温系统在硬件设计上多采用单片机技术,存在电路复杂,可视化不强,通用性较差等缺陷。而PC微机的软硬件技术都已经相当完善,并在各个领域得到广泛的应用,因此,我们根据对煤发热量测定仪器的实际需要,开发设计了基于PC机的自动测温系统,测量精度高,用户界面良好,操作方便,可实现计算参数的修正和校准,并能动态地显示整个测量过程。

　　1　系统构成与硬件设计

　　本系统由温度传感器,信号调理电路, A/D转换卡, PC机构成。温度传感器将得到电压模拟量通过信号调理电路进行信号放大、滤波,然后由计算机来控制高精度A/D转换卡对模拟信号进行采集,并转换成数字信号,最后输入计算机进行运算、控制和输出。系统结构框图如图1所示。

　　温度传感器采用精密铂电阻Pt100,具有测量范围广,稳定性强,示值复现性好,测量精度高和耐氧化等特点。测温桥路采用四线制接线方式,不受接线电阻的影响,能实现高精度要求。

　　工业铂电阻在0~850℃范围内随温度变化的公式为:

式中Rt, R0为铂电阻在t℃和0℃时的阻值,A, B为常数。对于铂电阻Pt100, R0=100Ω, A=3·90802×10-3℃-1, B=-5·802×10-7℃-2。由式(1)可知, Rt与t是非线性关系,温度越高,铂电阻的非线性越明显,但在低温段,铂电阻的输出非线性很小。由于我们所开发的系统主要针对煤发热量的测定,温度一般在0~100℃之间,实验证明最大非线性误差很小,可以在软件设计上通过参数化修正来减小误差。如果今后扩展系统功能,增大测温范围,则非线性误差将增大,在硬件上可以增加线性校正电路,使电路的最大非线性误差降低到0·1%左右[1];在软件上可以利用插值法、折线法、迭代法和最小二乘法来很好的解决[2]。

　　本系统选用了深圳研祥公司的16位的PCL-816HA/D转换卡,实现高速、高精度信号采样。具有多路数模输入输出通道,可以进行其他数字量和模拟量的控制和运算。同时,该板卡还提供用C、C++语言开发的库函数,方便用户编程。信号调理电路原理图如图2所示,由稳压电路、测温电桥、滤波电路和运算放大电路等组成[1]。

　　2　软件设计

　　基于Windows操作系统的Microsoft Visual C++6·0开发平台,具有强大的软件开发功能,在工业控制、数据库管理和网络编程等众多领域得到广泛地应用。系统开发选择该软件,合理利用其自带的Mi-crosoft基本类库(MFC),按照系统的具体要求进行编程。

　　本软件主要由系统管理模块、参数校正模块、系统标定模块、热量测定模块和数据处理模块等部分组成。系统的软件整体框架结构如图3,其中煤测定模块程序流程框图如图4所示。