黑匣子高温测试仪的研发

　　0　前言

　　黑匣子高温测试仪主要用于钢坯加热过程的温度跟踪测量并数据采集,从而对测试数据进行系统分析,研究钢坯在炉内的温度分布和温差变化规律,分析影响钢坯加热质量的主要因素,对加热炉加热过程和加热制度进行优化,来提高钢坯加热质量,降低燃料消耗。同时,还可为实现计算机数学模型优化控制提供数据基础。所以黑匣子高温测试仪是实现加热炉数学模型控制和加热过程问题诊断的重要工具。

　　1　研发的技术路线

　　黑匣子高温测试仪由微型温度记录仪和抗高温保温箱组成。在入炉前通过计算机编程设定测量值范围、时间步长、开启时间和在炉时间等参数,然后将温度记录仪装入能耐热和隔热的保温箱中,安装好热电偶进入炉内,并随钢坯一起从炉尾进至炉头出,待钢坯出炉适当降温后,取回保温箱中的温度记录仪,与计算机连接调出测试记录数据,用专用软件对数据进行处理并打印出来。

　　黑匣子高温测试仪研发需要解决的一些技术问题:

　　(1)测量系统的微型化技术,把热电偶接线柱、A/D,信号放大器、抗干扰器、存贮单元、供电源等集成在一个如火柴盒大小的线路板上。

　　(2)供电源稳定问题,由于供电源是钮扣电池,经过一段时间的使用后,电压下降,将影响到放大器的放大倍率,造成测量误差。

　　(3)保温箱技术,长期(4~5h)在高温下运行,肯定会使内部温度升高而烧损记录仪,需通过特殊途径来有效地解决长期高温状态下的保温隔热技术问题。同时考虑保温箱内部的温升对测试温度数据的影响进行补偿。

　　(4)最大限度简化温度记录仪,而把大量的数据处理内容通过开发相应软件解决。

　　2　温度记录仪系统组成

　　16通道低功耗温度记录仪,选用美国德州仪器公司(TI)的超低功耗16位单片机的CPU,其内含多路开关、A/D转换器、电压参考源。热电偶信号由

RC组成的滤波电路、滤波干扰信号,经八选一多路开关输入至运算放大器放大至适当电平后,输入至CPU进行A/D采样,经数值转换和线性化后存贮至RAM存贮器中。在整个测量结束后,由通信接口与PC机相连,将数据传送给PC机作进一步分析和处理。

　　本产品设计了JTAG在线仿真接口,通过JTAG接口,可对程序进行调试和修改。电源部分由低功耗低压差稳压电路和滤波电路组成,提供系统3.3V工作电源,由于整个电路在低电压低功耗状态下工作,所以其供电可使用体积小、容量也不大的钮扣电池,温度记录仪各零部件均选用工业级,使工作温度在-45~85℃之间能正常运行。

　　3　抗高温保温箱