松散物料导热系数便携式测试系统

　　0 引言

　　松散物料导热系数的测定，目前的方案较多，笔者通过分析对比，得出以下特点：大多数测试装置体积较大，不适用于某些场合;温度测试和控制多半采用 PLC 加特殊模块的方式，花费昂贵且不利于集成和拓展功能;温度测点只有一个，不利于消除环境干扰的偶然误差[1~4]。

　　基于上述原因，我们设计了便携式测试系统，采用多分布传感器采集温度，利用单片机对数据进行处理，减小了体积，降低了成本，提高了精度。

　　1 系统结构及测试过程简介

　　本测试装置由：盛料桶、高精度稳压电源、加热棒、单片机系统、温度传感器和笔记本电脑组成，系统组成如图 1 所示，实物图如图 2 所示。

　　测试时，在盛料桶里放入松散物料(颗粒半径小于 10mm)，单片机系统先测定环境温度并传输到计算机，然后驱动高精度稳压器用加热棒对松散物料进行恒功率加热，加热过程中单片机系统实时读取三个传感器采集的温度信号，计算平均值并实时传输到计算机，计算机内使用 Labview编程实现平行热线法算法将松散物料的导热系数计算并显示出来。

　　2 系统设计

　　2.1 盛料桶和加热棒

　　盛料桶用来盛放需要测定导热系数的松散物料，加热棒用来对物料进行恒功率加热，其三维图如图 3 所示。盛料桶由安徽理工大学实习机械厂加工。温度传感器测头到加热棒中心距离为15±1mm，符合 GB10297-88 规定。温度传感器型号为 DS18b20，美国 DALLAS 公司生产，精度可达 0.0625 度，符合 GB10297-88 规定的温度误差 0.1度的要求，本装置在桶内均匀布置三个测头，安放3 只 DS18b20 温度传感器以减小测量误差提高精度。

　　2.2 单片机系统

　　单片机系统由 AT89S52 单片机、MAX232 电平转换芯片、九针串口接头、上电复位电路、晶振电路、供电 USB 接口等组成、电路图如图 4 所示。单片机系统程序流程如图 5 所示。

　　2.3 计算机操作界面

　　计算机操作界面通过 Labview 编程实现[5]，可设定采样间隔时间，显示实时温度、环境温度 t0、测试温度 t1、测试温度 t2、温度曲线图以及计算导热系数。计算机操作界面如图 6 所示。

　　2.4 上位机Labview程序

　　上位机程序由串口通信程序和导热系数计算算法程序构成。串口通信程序如图 7 所示，该程序由串口设置模块、写串口模块、读串口模块、关闭串口模块、数据转换与标定模块组成，与单片机系统串口通信程序配合，形成一个串口通讯协议，实现了单片机系统和上位机间的实时数据交换。上位机导热系数计算算法程序流程如图 8 所示，先测定环境温度，然后在 60 秒间隔内两次测试加热温度，再计算温差比值，查表计算指数积分，最后计算导热系数。