基于无线数据传输的便携式热电偶测温系统的研究

目前,测温的方法很多,最常用的是热电偶。热电偶是工业生产中用于热工监测与测试所必备的计量工具,在生产过程中发挥着重要的作用。热电偶是基于物体的热电效应,将温度信号转换成电压信号进行传递,这种测温方式不仅可以远距离传递,而且能够集中检测和控制。由于热电偶要求冷端温度为0℃,所以在使用时应对冷端温度进行补偿。同时由于热电偶输出的热电动势与温度呈现非线性关系,为了提高系统的测温精度,所以必须使用高精度的A/D转换器和低温漂的放大器件。存储测试系统是把传感器、适配电路、A/D转换器、存储器、控制电路、接口电路以及电源等集合在一起,组成一个微型化测试系统。在实际应用中,要将存储测试系统预先置入被测环境,等记录完毕后回收测试系统,并连接读数电缆以读取测试数据。存储测试技术具有体积小、低功耗、抗干扰、不需要外接引线、标定和校准方便等特点[1-2]。

本文把无线数据传输模块和存储测试系统结合起来,能实时读取系统的状态,对系统参数进行在线设置,同时集成了USB接口,保证了数据能安全可靠地读取出来。本系统没有外部连线,便于在试验场的布设。系统采用钢外壳,能很好保护内部电路。采用优化的结构设计,减小了体积和重量。

1　测试系统总体设计及工作原理

1·1　测试系统总体设计

图1所示为系统总体设计框图,主要有温度测量传感器、冷端温度补偿传感器、数据采集存储模块、无线传输与控制模块、USB接口单元及电源等部分。

本系统采用的测量端传感器是美国热电偶公司生产的E12型钨铼热电偶,该热电偶的测温范围是0~2 315℃,测温精度为1% F. S,响应时间<20μs,压力范围高达10 000 PSI。冷端温度补偿传感器采用的是MAXIM公司的DS600高精度模拟温度传感器,它在-20℃~+100℃的范围内具有±0. 5℃的精度。它的输出增益为6. 45 mV/℃, 0℃时偏移量为509mV。2. 7~5. 5 V电源电压范围。

数据采集模块主要由模拟调理电路、A/D转换芯片、CPLD芯片、存储器、单片机及USB芯片等部分组成。其功能是完成对目标信息的采集处理,数据可以通过USB接口传输到计算机中。根据测试目的的不同,通过单片机控制来改变系统参数完成测量任务。无线传输与控制单元由无线发送模块和无线接收模块组成,主要功能是完成对数据的发送和接收,以及对数据模块的控制功能,它主要通过单片机对无线收发芯片的控制来实现。

1·2　系统工作原理

系统上电后,无线控制从模块处于接收状态,等待无线控制主模块控制信号的到来;等待系统经过一个稳定时间后,打开计算机的VB主控界面,配置系统参数,信号经过无线控制主模块发出,同时无线控制主模块进入数据接收状态,等待采集的试验数据的到来并能实时检测系统所处的状态。