智能仪表与自动检测技术作业答案

2微差式测量方法的工作原理（注意图要换）通过测量待测量与基准之差来得到待测量量值。微差式测量方法的基本思路是将被测量X的大部分作用先与已知标准量N的作用相抵消，剩余部分即两者差值XN，这个差值再用偏差法测量。微差式测量中，总是设法使差值很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量之。即使差值的测量精度不高，但最终结果仍可达到较高的精度。EE1R1RPRWRMRLRR图22所示的是用微差式测量测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况的电路图。输出电压为U0可表示U0UU，其中U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。当然，可以改用零位式测量，但最好的方法是微差式测量。图中使用了高灵敏度电压表毫伏表和电位差计，RR（R）和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，RL表示稳压电源的负载，E1、R1（R1）和RW（R）表示电位差计的参数。在测量前调整R1（R1）使电位差计工作电流I1（I）为标准值。然后，使稳压电源负载电阻RL为额定值。调整RP（R）的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻RL的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值U，即可由毫伏表指示出来。根据U0UU，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。3当UX为95时，试根据图23来说明A/D转换的过程。逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。对于图23的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将10000，送入D/A转换器。输入电压UX首先与D/A转换器输出电压UR/2相比较，如UXUR/2，比较器输出为1，若VI（UX）INCLUDE/绝对地址访问头文件DEFINEDAC0832XBYTE0X7FFF/DAC0832的地址为0X7FFFVOIDDELAY/定时器定时1MSTH10XFCTL10X18/定时器初值设定TR11/启动定时器WHILETF1/查询是否溢出TF10/将溢出标志位清零VOIDMAINUNSIGNEDCHARI0,J2TMOD0X10/设置定时器工作方式WHILEJFORI0I255I16/形成锯齿波，最大值为255DAC0832I/D/A转换输出DELAY/延时7设计一个智能仪表，具体要求自选一款模拟量传感器，设计放大器，A/D转换等电路，再通过单片机进行处理，最后用010MA的模拟量输出，并尽可能进行误差分析。设计了一款“温度程序控制仪”，具体设计如下为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，减轻工人的劳动强度以及节约能源，常要求加热设备（如电炉）的温度按某种指定的规律变化。微机温度程控仪就是这样一种能对加热设备的升、降温度速率和保温时间实现严格控制的智能仪表，它将温度变送、显示和数字控制集于一体，用软件实现程序升、降温的调节。系统组成和控制原理加热炉控制系统如图2所示。控制对象为电炉，检测元件为热电偶，执行器为可控硅电压调整器和可控硅器件。虚线框中是温度程控仪，它包括主机电路、过程输入/输出通道、键盘、显示器以及稳压电源。加热炉多路开关放大器A/D光耦隔离可控硅V/ID/A继电器驱动开关量锁存器光耦隔离主控制器显示器键盘稳压电源过程输入/输出通道主机热电偶输出/MV图2加热炉控制系统该温度程控仪的工作过程如下炉内温度由热电偶测量，其信号经过多路开关送入放大器，毫伏信号经放大后有A/D电路转换成相应的数字量，再通过光耦合器隔离，进入主控制器。由主控制器进行数据，并按一定的控制规律运算后输出数字控制量。数值信号经光耦隔离，由D/A电路转换成模拟量，再通过V/I转换得到010MA的直流电流。该电流送入可控硅器件，触发可控硅，对炉温进行调节，使其按预定的升、降曲线规律变化。另外，主控制器还输出开关量信号，发出相应的开关动作，以驱动继电器或发光二极管。硬件结构和电路设计硬件结构框图见图2虚线框内的部分，下面就各部分电路设计作具体说明。主机电路及键盘、显示器接口按仪表设计要求，可选用指令功能丰富、中断能力强的MCS51单片机作为主机电路的核心器件。由803L构成的主机电路如图3所示。主机电路包括单片机及外接存贮器、I/O接口电路。程序存贮器和数据存贮器容量的大小同仪表数据处理和控制功能有关，设计时应留有余量。本仪表程序存贮器容量8KB选用一片2764，数据存贮器容量为2KB选用一片6116。并行I/O接口电路本仪表为8155的选用与输入输出通道、键盘、显示器的结构和电路形式有关。上图所示的主控制器电路采用全译码方式，由38译码器来选通存贮器6116、扩展器8155以及D/A转换器和锁存器。低8位地址信号由P0口输出，锁存在74LS373中；高位地址P20P24由P2口输出，直接连至2764和6116的相应端。8155用作键盘、显示器的接口电路，其内部的256个字节的RAM和14位的定时/计数器也可供使用。A/D电路的转换结果直接从8031的P1口输入。掉电保护功能的实现有两种方案一是选用EEPROM2816或2817等，将重要数据置于其中；二是加备用电池，如图4所示。稳压电源和备用电池分别通过二极管接于存贮器或单片机的VCC端，当稳压电源电压大于备用电池电压时，电池不供电；当稳压电源掉电时，备用电池工作。图3由8031构成的主机电路图4备用电池的连接和掉电检测光电耦合器的作用是防止因干扰产生误动作。在掉电瞬间，稳压电源在大电容支持下，仍维持供电约几十毫秒，这段时间内，主机执行中断服务程序，将断点和重要数据置入RAM。模拟量输入通道包括多路开关、热电偶冷端温度补偿电路、线性放大器、A/D转换器和隔离电路，如图5所示。图5模拟输入量通道逻辑电路图测量元件为镍铬镍铝热电偶，在01100测量范围内，其热电势为04510MV。多路开关选用CD405L或AD7501，它将5路信号依次送入放大器，其中第L4路为测量信号，第5路TV来自D/A电路的输出端，供自诊断用。多路开关的接通由主机电路控制，选择通道的地址信号锁存在74LS273I中。运算放大器选用低漂移高增益的7650，采用同相输入方式，以提高输入阻抗。输出端加接阻容滤波电路，可滤去高频信号。放大器的输出电压为02V即A/D转换器的输入电压，故放大倍数约为50倍，可用W21K欧姆凋整之。放大器的零点由W1100欧姆调整。按仪表设计要求，选用双积分型A/D转换器MCL4433。该转换器输出31/2BCD码，相当于二进制1L位，其分辨率为1/2000。A/D转换的结果包括结束信号EOC通过光耦隔离后输入到8031的P1口。图中缓冲器74LS244专为驱动光耦而设置。单稳用以加宽EOC脉冲宽度，使光耦能正常工作。主控电路的输出信号经光耦隔离在译码信号S，控制下锁存在74LS273I中，以选通多路开关和点亮四个发光二极管。发光管用来显示仪表的手、自动工作状态和上、下限报警。隔离电路采用逻辑型光电耦合器，该器件体积小、耐冲击、绝缘电压高、抗干扰能力强。光电器件选用G0103或TILLL7。模拟量和开关量输出通道模拟量输出电路由隔离电路、D/A转换器、V/I转换器组成；开关量输出通道由隔离电路、输出锁存器和驱动器组成，如图6所示。D/A转换器选用8位、双缓冲的DAC0832，该芯片将调节通道的输出转换为05V的模拟电压，再经V/I电路3DK4B输出010MA电流信号。8位开关量信号锁存在74LS273II中，通过5G1