專利名稱：智能溫度儀表校驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多功能智能溫度儀表校驗(yàn)儀，適用于石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領(lǐng)域，可以對(duì)測(cè)溫控溫系統(tǒng)中的溫度傳感器、控制系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、校準(zhǔn)和測(cè)試。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)對(duì)溫度傳感器和溫度測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、校準(zhǔn)和測(cè)試大部分均使用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱作電阻信號(hào)源，用電子電位差計(jì)提供毫伏信號(hào)或用其它標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。由于使用多種儀器進(jìn)行校驗(yàn)致使校驗(yàn)工作的精度和可靠性受到影響，尤其在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校驗(yàn)更是有許多不便之處。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可在石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)擔(dān)負(fù)重要測(cè)控任務(wù)的測(cè)溫控溫系統(tǒng)中的溫度傳感器、控制系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、校正、檢修、維護(hù)的智能溫度儀表校驗(yàn)儀。它克服由多種儀器進(jìn)行校驗(yàn)致使校驗(yàn)工作的精度低和可靠性差等不足，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，尤其使在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試成為可能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案智能溫度儀表校驗(yàn)儀是以單片機(jī)為核心配置輸人輸出接口電路的智能儀器。采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機(jī)對(duì)話功能。用戶可以將要測(cè)量和顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到儀器中，儀器根據(jù)用戶的要求進(jìn)行輸入或輸出操作，并將其結(jié)果在顯示器上顯示。例如，用戶要求輸出信號(hào)，只要鍵入要輸出的信號(hào)值(這個(gè)信號(hào)值可以是某個(gè)電壓值或者是某個(gè)溫度值)，顯示器將顯示互相對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，并輸出信號(hào)。對(duì)輸入信號(hào)的測(cè)量是將被測(cè)量的對(duì)象接入輸入端子，按功能鍵實(shí)現(xiàn)測(cè)量，將其測(cè)量值在顯示器上顯示。由于五種熱電偶的毫伏值與溫度值是非線性關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系是用表格形式反映出來的。在硬件電路設(shè)計(jì)中將程序存儲(chǔ)器擴(kuò)充到64K。用4片27C256 EPROM用作存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)表格的存儲(chǔ)，8155作為電阻網(wǎng)絡(luò)選擇輸出接口，通過軟件編程對(duì)8155操作得到需要輸出的電阻值。由于需要對(duì)外輸出直流電壓、電流信號(hào)，而且要求高精度的信號(hào)輸出，故采用了AD669 16位的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，作為0-200mV DC、0-10VDC的輸出；采用AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)路輸出。
本實(shí)用新型適用于傳感器與測(cè)控系統(tǒng)校驗(yàn)、測(cè)試、調(diào)整，是多功能綜合性智能儀表。在石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領(lǐng)域中，可用于傳感器與測(cè)控系統(tǒng)的校驗(yàn)。儀表校驗(yàn)儀克服了多種儀器進(jìn)行校驗(yàn)致使校驗(yàn)工作的精度低和可靠性差等不足，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，其體積小、攜帶方便、抗干擾能力強(qiáng)，精度可達(dá)0.01％。尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)傳感器與測(cè)控系統(tǒng)的校驗(yàn)。


圖1是本實(shí)用新型的鍵盤顯示電路圖(人機(jī)接口)圖2是本實(shí)用新型數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖(后向通道)圖3是本實(shí)用新型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖(前向通道)具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，由于本機(jī)要求的輸入輸出參數(shù)較多，考慮到保證系統(tǒng)的精度要求，需要采用12位LED數(shù)據(jù)顯示，由0-9數(shù)字鍵及功能鍵組成鍵盤，選用8279作為鍵盤及顯示器接口。單片機(jī)89C52的ALE引腳與可編程鍵盤、顯示器接口電路8279的CLK相連作為時(shí)鐘信號(hào)；P2.7與8279的CS連接，CS＝0時(shí)8279被選中；兩片的WR、RD對(duì)應(yīng)相連；8279的IRQ經(jīng)非門電路與89C52的INT1連接作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，高電平有效；P0口與8279的數(shù)據(jù)口DB0-DB7對(duì)應(yīng)連接，在單片機(jī)與8279之間傳遞命令和數(shù)據(jù)，P0口經(jīng)八D鎖存器74LS373輸出單線信號(hào)給8279的A0，A0＝0時(shí)在單片機(jī)與8279之間傳遞數(shù)據(jù)，否則為命令?？删幊替I盤、顯示器接口電路8279輸出口SL0-SL3經(jīng)4-16線74LS154譯碼器輸出掃描信號(hào)作為鍵盤列掃描信號(hào)，由RL0、RL1取得行信號(hào)可獲得按鍵代碼，掃描信號(hào)經(jīng)75452非門對(duì)共陰極數(shù)碼管位掃描，由8279的OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3輸出顯示信號(hào)數(shù)據(jù)給六緩沖器74LS07作為數(shù)碼管的段選碼，完成動(dòng)態(tài)掃描。
參照?qǐng)D2，本校驗(yàn)儀要求輸入輸出的直流電壓電流信號(hào)精度較高，故選用美國AD公司生產(chǎn)的AD669 16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有高性能價(jià)格比、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，與89C52的接口電路也較簡(jiǎn)單。4-20mA電流輸出電路與此類似，用的是美國AD公司生產(chǎn)的AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸入零到滿量程時(shí)，LOOP RTN腳可獲得相應(yīng)的4-20mA電流。單片機(jī)89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接經(jīng)3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y5給出數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD669片選信號(hào)；89C52的P0口經(jīng)LS373以及P0口分時(shí)給出AD669的16位輸入數(shù)據(jù)，然后由AD669給出電壓輸出，具體連接方法89C52的P0口經(jīng)LS373與AD669的DB8-DB15連接，P0口與AD669的DB0-DB7連接。
參照?qǐng)D3，本校驗(yàn)儀要求應(yīng)具有對(duì)輸入信號(hào)或輸出信號(hào)的測(cè)量功能，相對(duì)來說就是能夠滿足直流0-200mV，0-10V范圍的直流電壓的測(cè)量，4-20mA直流范圍的測(cè)量，以及100-320Ω電阻的測(cè)量。對(duì)上述模擬量的測(cè)量由圖3A/D轉(zhuǎn)換接口電路來實(shí)現(xiàn)。對(duì)電阻Rx的測(cè)量采用了V-I測(cè)量法，以獲得較高的測(cè)量精度。
模擬信號(hào)輸入給MAX111，MAX111是單電源、低功耗、14位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。MAX111的片選信號(hào)由89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接，經(jīng)3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y6提供，Y6與MAX111的CS連接，CS低電平有效；MAX111的BUSY與89C52的RD連接，數(shù)據(jù)輸出線DOUT與89C52的RXD連接，串行輸入數(shù)據(jù)給單片機(jī)。
本實(shí)用新型的軟件設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法。因?yàn)閮x器要求精度較高，硬件電路設(shè)計(jì)選用的接口電路較多，為了提高可靠性及滿足精度要求，采用了容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)。在數(shù)據(jù)采集及處理方面要求速度不是很高，為減少硬件電路的開支，使硬件電路盡量簡(jiǎn)化，除了必要的硬件抗干擾措施外，充分利用了軟件抗干擾的優(yōu)勢(shì)。
1、鍵盤及顯示為了節(jié)省CPU的時(shí)間，采用了中斷方式的軟件設(shè)計(jì)方法。針對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的初始化子程序，顯示器更新子程序，鍵輸入中斷服務(wù)子程序，鍵處理子程序。在鍵處理子程序中采用了參數(shù)輸入的容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)，使得人機(jī)對(duì)話的信息能夠正確的傳遞，減少誤操作。
2、前向通道A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換包括根據(jù)硬件電路要求的MAX111的控制字的設(shè)定以確定A/D轉(zhuǎn)換器的配置以及工作方式的控制，包括控制變換時(shí)間、時(shí)鐘分頻比、選擇輸入通道、設(shè)置增益校準(zhǔn)方式、零偏置方式等。根據(jù)監(jiān)控程序的調(diào)度及指令完成不同的物理參數(shù)由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程的控制。由于需要測(cè)量的參數(shù)內(nèi)容及范圍區(qū)別較大，就要根據(jù)監(jiān)控指令來區(qū)分處理不同的參數(shù)。為了提高儀器的精度，采用數(shù)字調(diào)零技術(shù)減小測(cè)量附加誤差。
3、后向通道D/A(數(shù)模)轉(zhuǎn)換在后向通道中有直流電流信號(hào)及直流電壓信號(hào)輸出，硬件電路中選用了兩種D/A轉(zhuǎn)換器件，D/A轉(zhuǎn)換軟件對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行初始化、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳遞。
4、監(jiān)控管理監(jiān)控程序負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各子程序?qū)崿F(xiàn)各種功能。根據(jù)鍵盤輸入的參數(shù)及完成的任務(wù)，調(diào)度指揮有關(guān)子程序完成相關(guān)工作，實(shí)施一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)相關(guān)誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，以獲得較高精度的物理量輸出，對(duì)被檢測(cè)的物理量的準(zhǔn)確度給予準(zhǔn)確定量表述。
5、數(shù)據(jù)處理由于熱電偶的溫度值與電壓值是非線性關(guān)系，無法獲得數(shù)學(xué)模型，只能建立數(shù)據(jù)表格來反映它們之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能用查表的方法來獲取相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系。由于表格很長(zhǎng)，查起來很費(fèi)時(shí)間，故將表格劃分成許多小區(qū)域，先將數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算以確定其所在的區(qū)域，然后，在該區(qū)域內(nèi)按序進(jìn)行查表，提高了工作效率。
對(duì)輸出電阻的選定，是按計(jì)算查表選定的方法，即根據(jù)應(yīng)輸出的電阻值，來驅(qū)動(dòng)繼電器組合，選出電阻，然后再經(jīng)過測(cè)量對(duì)實(shí)際輸出電阻值與給定電阻值進(jìn)行比較計(jì)算出誤差進(jìn)行修正，再對(duì)輸出電阻進(jìn)行補(bǔ)償，以得到準(zhǔn)確的電阻輸出.對(duì)于直流電壓及直流電流信號(hào)的輸出也是按此方法進(jìn)行。
其主要功能1、測(cè)量各種熱電阻信號(hào)，同時(shí)顯示電阻值或?qū)?yīng)的溫度值；2、測(cè)量五種熱電偶分度號(hào)的毫伏信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值，具有冷端補(bǔ)償功能；3、輸出和測(cè)量電壓、電流信號(hào)；4、輸出無源電阻信號(hào)，同時(shí)可顯示電阻值對(duì)應(yīng)的溫度值。
主要的技術(shù)指標(biāo)為
一、輸出信號(hào)1、熱電偶的毫伏和溫度信號(hào)S分度號(hào)0-18.693mv，0-1768℃；B分度號(hào)0-13.820mv，0-1820℃；K分度號(hào)0-54.886mv，0-1372℃；T分度號(hào)0-20.872mv，0-400℃；E分度號(hào)0-76.373mv，0-1000℃。
2、熱電阻阻值及溫度信號(hào)鉑電阻100-317.06Q，0-600℃；銅電阻100-164.27Q，0-150℃；3、電壓及電流信號(hào)源0-200mV DC0-10V DC4-20mA DC二、可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量范圍及精度與輸出信號(hào)相同。
三、精度＜0.01％。
四、工作溫度0-40℃。
五、電源電壓±10％。
權(quán)利要求1.一種智能溫度儀表校驗(yàn)儀，其特征在于它是以單片機(jī)為核心配置輸入輸出接口電路，采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機(jī)對(duì)話，將程序存儲(chǔ)器擴(kuò)充到64K，用4片27C256 EPROM用作存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)表格的存儲(chǔ)，8155作為電阻網(wǎng)絡(luò)選擇輸出接口，采用AD669 16位的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，作為0-200mV DC、0-10V DC的輸出，采用AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)路輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能溫度儀表校驗(yàn)儀，其特征在于采用12位LED數(shù)據(jù)顯示，由0-9數(shù)字鍵及功能鍵組成鍵盤，選用8279作為鍵盤及顯示器接口，單片機(jī)89C52的ALE引腳與可編程鍵盤、顯示器接口電路8279的CLK相連；P2.7與8279的CS連接，兩片的WR、RD對(duì)應(yīng)相連；8279的IRQ經(jīng)非門電路與89C52的INT1連接，P0口與8279的數(shù)據(jù)口DB0-DB7對(duì)應(yīng)連接，P0口經(jīng)八D鎖存器74LS373輸出單線信號(hào)給8279的A0，可編程鍵盤、顯示器接口電路8279輸出口SL0-SL3經(jīng)4-16線74LS154譯碼器輸出鍵盤列掃描信號(hào)，由RL0、RL1取得按鍵代碼，掃描信號(hào)經(jīng)75452非門對(duì)共陰極數(shù)碼管位掃描，8279的OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3與六緩沖器74LS07連接給出數(shù)碼管的段選碼，電壓輸出選用AD669 16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，4-20mA電流輸出電路選用AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接，3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y5與數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD669的CS連接；89C52的P0口經(jīng)LS373與AD669的DB8-DB15連接，P0口與AD669的DB0-DB7連接，本校驗(yàn)儀要求對(duì)直流0-200mV，0-10V范圍的直流電壓的測(cè)量，4-20mA直流范圍的測(cè)量，以及100-320Ω電阻的測(cè)量，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX111，89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接，3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y6與MAX111的CS連接；MAX111的BUSY與89C52的RD連接，數(shù)據(jù)輸出線DOUT與89C52的RXD連接。
專利摘要智能溫度儀表校驗(yàn)儀，是以單片機(jī)為核心配置輸入輸出接口電路的多功能智能儀器。采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機(jī)對(duì)話功能。用戶可以將要測(cè)量和顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到儀器中，儀器根據(jù)用戶的要求進(jìn)行輸入或輸出操作，并將其結(jié)果在顯示器上顯示。本實(shí)用新型適用于石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領(lǐng)域，可以對(duì)測(cè)溫控溫系統(tǒng)中的溫度傳感器、控制系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、校準(zhǔn)和測(cè)試。克服了多種儀器進(jìn)行校驗(yàn)致使校驗(yàn)工作的精度低和可靠性差等不足，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，其體積小、攜帶方便、抗干擾能力強(qiáng)，精度可達(dá)0.01％。尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)傳感器與測(cè)控系統(tǒng)的校驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01K15/00GK2695936SQ20042003181
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者孫立紅 申請(qǐng)人:孫立紅