基于LXI总线的热电偶采集系统设计与应用验证

针对复杂装备测试时多通道热电偶传感器的高精度高稳定性温度测试需求,设计了一种基于LXI总线的热电偶采集系统,单台设备具有48个测量通道,通过LXI总线可以实现多设备间同步测量,大幅提高了测量效率与测量精度。本系统采用高精度24位模数信号采集与调理技术,电压采集分辨率最小可达到0.032uV、温度采集分辨率达到0.04℃,电压测量精度达到0.05%；设计了一种高精度快速冷端温度补偿模块,可以有效补偿环境温度变化所带来的测量误差,T型热电偶温度测量精度达到0.25℃；集成了多种热电偶传感器电压-温度信号转换与补偿算法,支持J、K、T、E、S、R、B、N型8种热电偶；为有效解决数百通道温度采集面临的多设备同步采集问题,采用了LXI总线架构,多设备间均通过LAN进行数据通讯。为进一步验证所设计系统的性能,通过某计量实验室进行了温度准确度与电压准确度测试,R型热电偶温度测量误差在0.45℃内、S型热电偶温度测量误差在0.6℃内；最后,在某发动机综合测试试验台上进行了K型热电偶实测验证,并通过与NI公司的PXIe-4353模块进行对比测试,验证了所设计的热电偶采集系统具备较高的测量精度,K型热电偶准确度达到了0.5℃。     

有限空间爆炸瞬态温度的动态补偿方法研究 �

为改善铠装绝缘型热电偶的动态特性,采用集总热容法建立了热电偶传热模型,将其系统特性简化为一阶惯性系统,为验证系统阶次的合理性并确定传递函数参数,建立了最小二乘支持向量机系统辨识模型,采用高温油浴法进行了热电偶动态标定实验,基于动态标定数据和粒子群优化算法,建立了热电偶动态补偿模型。实验结果表明:由集总热容法和系统辨识模型确定的系统传递函数能够较为准确的描述铠装绝缘型热电偶的动态特性,传递函数在阶跃激励下的响应曲线与动态标定实验中传感器的输出曲线具有较高的一致性,基于粒子群优化算法的动态补偿模型表现出较好的补偿效果,经补偿后系统响应时间由7.124s减小为1.187s,且传感器工作频带得以有效扩展,将该方法应用于有限空间爆炸瞬态温度的动态补偿中,能够在一定程度上减小传感器的动态测量误差。     

压阻式高温压力传感器温度补偿与信号调理设计与测试

设计制作了一种集成信号调理电路的高温压阻式压力传感器,包含倒装式的压敏敏片、无源电阻温度补偿电路和信号调理电路组成;压敏芯片的制作采用SOI材料和MEMS标准工艺,温度补偿和信号调理电路采用高温电子元件;试验表明,无源电阻温度补偿具有显著的效果;此外,采用了高温信号调理电路来提高传感器的输出灵敏度,通过温度补偿来降低输出灵敏度;与传统的经验算法相比,所提出的无源电阻温度补偿技术具有更小的温度漂移,在220℃条件下传感器输出灵敏度为4.93 mV/100 kPa,传感器灵敏度为总体测量精度为±2%FS;此外,由于柔性传感器的输出电压可调,因此不需要使用一般的电压转换器随动压力变送器,这大大降低了测试系统的成本,有望在恶劣环境下的压力测量中得到高度应用。     

基于虚拟仪器和USB技术的热电偶测温系统设计

针对传统热电偶测温中的若干问题,设计了基于虚拟仪器和USB技术的测温系统;热电偶和AD590测量热端和冷端温度,USB采集卡实现信号的转换和传输;上位机软件利用LabVIEW编制,实现数字滤波、非线性和冷端补偿、生成统计直方图等功能;在0～200℃范围进行了实验,系统非线性误差为0.8%,对于同一温度点,顺测和回测的最大误差为0.6℃;这表明系统能够实现高精度实时补偿、重复性较好、结构简单、界面良好,可以满足工业测试的需要。     

小型无人机发动机温度监控系统设计

为了实时监控小型油动无人机的发动机工作温度,设计开发了基于K型热电偶的4路温度监控系统;该系统采用模拟开关CD4052作通道切换,选通的热电偶信号经放大调理,由STM32F103控制器片上A/D采集,经DS18B20数字温度传感器作冷端补偿,最终以Modbus RTU协议将温度值发送到485总线上;经调试校准,该温度监控系统在蚊子直升机MZ202型发动机正常工作温度范围内与原机温度仪表相差±3℃,数据刷新率大于2 Hz,且工作稳定抗干扰能力较强,为发动机调校提供了可靠的依据,有效地保障了发动机安全稳定运行;该温度监控系统也可用于Rotax582,Rotax912/914等小型活塞航空发动机缸头及排气温度的采集与监控。     

基于单片机的热电偶测温系统的设计

在现代化的工业现场,常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机.由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系,所以必须时热电偶进行线性化处理以保持测试精度.该系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大,并在单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理,再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4mA～20mA电流,送主控中心.     

热电偶动态响应测试系统

在大型船舶发动机中,高温环境下其齿轮、轴承等部件的温度是发动机运行中必须监控的数据,对于此类动态温度测量,通常选用动态响应时间短的温度传感器进行测量。为实现温度传感器动态响应时间的准确检测,设计了热电偶动态响应测试系统,以检测热电偶动态响应特性,并对影响系统测量精度的因素进行了分析。实验结果表明:动态响应测试系统性能稳定,测试结果准确可靠。     

自标定薄膜温度传感器的研制与标定

由于尺寸小,使用常规热电偶静态标定方法标定薄膜热电偶时,在标定过程与使用过程中,传感器和补偿导线上的温度梯度分布不一致,使薄膜热电偶的热电势也不同,影响其测温准确性。为解决这一问题,设计了集薄膜金—铂热电偶和薄膜铂电阻器于一体的自标定薄膜温度传感器及其标定系统,使用电子印刷法制备传感器,采用激光加热技术模拟其使用时的温度分布,通过有限元仿真分析其温度分布规律,基于温度外推实现薄膜热电偶静态特性自标定。结果显示,传感器中的薄膜热电偶在室温到300℃内的塞贝克系数为5. 3～7. 6μV/℃。     

虚拟热电偶测温仪设计

针对传统热电偶非线性和冷端温度补偿方法的不足,将虚拟仪器与传统测量技术相结合,设计了虚拟热电偶测温仪。测温仪通过AD590采集冷端温度值,利用LabVIEW实现了非线性和冷端温度的高精度实时补偿。实验结果表明,虚拟测温仪易于操作、测量准确、效率较高,可以满足工业测试的需要。     

K型热电偶变换器MAX6675及其应用

K型热电偶是工业生产中最常用的温度传感器。热电偶产生的热电势是按冷端(参考端)温度t_0=0℃来分度的。在实际使用中要求冷端保持0℃是不方便的,如果在室温下测定则需要另加冷端补偿。热电偶输出的热电势是模拟信号,信号电压较小(μV)级、需要     

氢氧发动机紧急关机测试的多路信号源设计

氢氧火箭发动机试验准备过程中,要对发动机紧急关机程序进行测试.测试时需要使用频率、毫伏级电压和高/低电平等多种信号源,模拟加载发动机异常状态下的传感器信号.为解决传统方法需要设备多、操作烦琐的问题,设计了一台可自动同时输出12路紧急关机测试信号的信号源.使用DDS芯片AD9851输出频率可调的正弦波信号;使用DAC8554输出精确电压小信号,并利用精密电阻分压获得了更高的分辨力和更低的输出电压;使用三极管输出高/低电平信号.以STM32为主控制器,结合串口屏设计了输出控制和人机交互界面程序.经校准,信号源输出频率信号的精度为0.02％,电压小信号设置精准度不超过0.2 mV,适用于多种型号氢氧发动机试验,可有效提高试验准备效率和自动化水平.     

真空热试验温度参考点热响应测试系统设计与实现

在航天器真空热试验的温度测量中应用最广泛的是热电偶测温系统,温度参考点是热电偶测温系统的重要组成部分,对温度测试数据的准确性和航天器产品的安全有很大影响。为了在热试验开机前对参考点铂电阻与热点偶补偿端匹配关系的正确性进行验证,设计了一种可用于真空热试验的热电偶测温参考点热响应测试系统。该系统由加热器以及控制箱组成,可通过LAN网络与上位控制计算机连接实现热响应远程测试。文章通过对参考点装置的热分析以及热响应测试原理分析,给出了系统的硬件结构以及软件设计方案,并在多项航天器真空热试验中投入使用,提高了航天器真空热试验热电偶测温系统的可靠性。     

热电偶毫伏信号发生器的设计与实现

设计了一种热电偶毫伏信号发生器,利用上位机软件LabVIEW的计算优势,将所需的温差转化为相应的热电动势大小,并通过USB或串口发送到单片机,由单片机控制12位DAC转换电路输出相应的电压。测试表明,采用此种方法可以方便地实现多种类型的热电偶信号产生,精度可达±0.1℃,适用于一般的热电偶测量仪表的校准,并且可以根据需要对温度范围进行调节,同时支持多路独立输出,提高了校准效率。     

机载R分度热电偶玻璃封接式接线座设计

目前在国内机载测温领域,热电偶仍为主流产品,应用广泛.其稳定准确的信号输出对保证发动机控制系统的正常工作至关重要.为此,设计了一种基于玻璃与金属封接技术的新型高可靠性接线座,可用于机载各分度热电偶信号输出的连接.针对R分度热电偶,对接线座进行了适应性设计,有效解决了选用常规接线柱作为信号输出端口时所暴露出的接线柱强度与热电动势匹配之间的矛盾问题.测试结果表明新型玻璃封接式接线座具有耐高温、防松动、密封性好、抗拉抗扭性强、绝缘性能优良等特点,能够在航空发动机高温、强振动等恶劣环境下可靠工作.     

基于CAN现场总线的智能温度采集模块的设计与实现

介绍了使用CAN现场总线独立控制器SAJ1000和总线收发器PCA82C250及热偶信号调理专用芯片AD595设计智能温度采集模块的方法;该温度采集模块不再需要冷端补偿、调零、电压放大和线性化等繁琐的工作,并可以直接测量热电偶输出的mV级电压信号;经调试,该模块已稳定可靠地用于实验室过程温度的测量中。     

基于MAX6675的温度采集系统的设计

研究探讨了温度采集系统是由MAX6675将热电偶测温应用时复杂的线性化、冷端补偿及数字化输出等问题集中在一个芯片上解决,简化了将热电偶测温方案应用于嵌入式系统领域时复杂的软硬件设计,克服了用传统手工方法和测量手段测量温度精度低,速度慢,可靠性差的缺点,因而该器件是将热电偶测温方案应用于温度采集系统领域的理想选择。     

基于平均功率的模糊控制及其应用

热电偶检定炉的温度控制具有大滞后、时变性等特点，常规的PID控制在温度变化较大时，参数整定困难，且调节时间过长。目前应用广泛的模糊控制可有效提高响应速度，但其稳态误差较大，为了提高稳态精度，本文提出了一种基于当前测量点之前几分钟的输出平均功率的模糊控制算法。提高了控制精度，缩短了调节时间。实验证明，这种控制方法能取得令人满意的控制效果。     

集成CMOS温度传感器设计、实现和测试

基于MOS管的阈值电压和载流子迁移率随温度的变化关系,设计了一种与CMOS工艺兼容的集成温度传感器。该温度传感器选用charted0.35μm工艺库,以Cadence进行电路图、版图设计,并以CadenceSpectre工具进行仿真,最后经流片、测试,实测与仿真对比结果显示:温度在25～105℃之间变化时,输出频率的变化范围为10.19～5.81MHz,且有较好的线性。此传感器对片上系统温度的监测、过热报警和振荡器频率漂移的补偿等均有重要的意义。