PDF《的 基础温 度.》

的 基础温 度.

而根据 低 字节 可 获得 温度 增量 . 两者 之干 u 即 请方 法 已在炉 温控 制 系统 中蕞得 成功 的应 用'

关键词:.兰当

一、引言热电偶 热电势与温 度值 间 的非 线性 处理方法通 常有查表 法和分段线性化法,在配有微计算机的智能仪表或 控制系统中,经常采 用查表法 : , 但这 些查表法通常是 针对某种热 电偶 测温而提出的,其应用范围有一定的限制 本文 在单片机 实现的GJ型光幅射 加热 炉温控系统的研 制过 程中,提出了一种 占用 内存 较步、查表速 度快 的通 用查表法 .

二、通用查表 法 的基本 原理爰程 序设计 藏们以铂 铑10一铂热 电偶 测温为例,翻开铂 铑1ou铂热电偶 分 度表 ( 分度号为LB・3)n],若将其各 个温度对应的电压值 写成十六 进 制形 式,可以发 现其有一定 表1热电儡温度与电压对照丰L(分度号为LB-

3 ) ( 事考端温度为0c ) 偶 温度 十 进制 电压 区段 十六避 制电压二字节 电压 区段 首(C ) ( V ) O

0 0

0 0

00 0

0 H

1 0 O O

5 00

0 5 H o o* * H 0C

4 3

025 4

00 FEH

4 4

03 6

0 01

04 H

45 02

6 6

01 0 A H

1 O1 * * H

4 4C

8 1

0 5

0 7

01 FBH I

2 9

5 1

3 05

6 3

3 0 0H '

1

2 9

6 1

3 06

8 3

30 CH

5 1

3 3* * H

1 2

9 5℃

1 3

0 0 】3

1 1

6 33

3 (

3 H 注:**――表示在0o~F F H 之间的十六 进 制教 《 电 气自动化 》

1 9

9 8年第5期 l 为相 应的 温 度值 一用AD

5 9 0对热 电偶 冷惺的规律 , 为 兑明 问题 , 下 面将 其温端温度 进行 朴偿 . 度、电压、十六进 制电压值 的 对应 关 系列 于轰1.由表 1可见,被测温 度在 0C~1

3 0

0 C之 间对 应的两字节十六进制电压 值的高8位 是以1为增 量递增的,执而我们可 按高字节每增 1个 当量 而分成几十个区段 ( 如上 O O ~

3 3 H 共52个 区段 ) 并将 各 Ⅸ段 的 首温 作为 基础 温 度顺 序 存放 于内 存;

而将各区段 内 每增

1 所对应的热 电势 低字节值顺序存放在内存中 , 且每区段低字节区首 址以vL* *H 表示,如下袁2所 示,共占1404个 字 节内 存 单元 ( 固 高字 节 1为增 量肯规律 递增而不必存入 , 这 比列 写全电压 表的直接查表法约少占一半 内存 ) . 氧2ORG I O

0 0 H T E MPt : D W

0 1 各区段首掘 DW

4 4 DW VL0 . } I :DB DB DH VLO I H D B DB DB VL3 a H DB DB DB j

2 9

5 { 以上其

5 7十数据 I 占104字节内存

0 0 H ;

低 字节 电压值 存表05HFEH 啦HOAH F BH

0 0 H

0 CH

3 采用 这种 方法存八内存 后,热电偶 测温、查采样 所得的热电偶 热 电势 对应的温度值时,其需:(I)根据 热 电势 高 字节 值直接从 各 区段 首 温表 中取 出对 应 的基础 温度;

(2)根据热电势 高字节利用对 分法判断、快速将地址 指 针直 接跳至低 字节电压表 对应的内存医段首 址VL* *H, 并从该处依次 取出所存放 电压值与实际 采 样所得的低字节电压值进行 比较 , 且每比按一次 , 温度增量加1c.直到表 中取 出的 电 压值 大于 等 于采 拌所 得・传感嚣与检 洲技术・3

7 维普资讯 http://www.cqvip.com 注;

囤中:R. ;

R 为采样所得的热电偶热电蛰 二字节整数 电压 值(单蚀V) 此印为凡口条件;

R;

R为由热 电势 查碍 的相 丘6寺温度值,此为出口条件囤1单片机 赛现 的热电偶测温圭表于程框图低字节电压值、得到温度增量为止;

(

3 ) 将此温度增量与(1)所得 基础温度 相加即为热 电偶 热电势所 对应 的温度值(当参考端即端温度为C时 ) 过样,此通用查表 法的直接查表精 度为lC,如果需 要提 高查表精度、考虑小数点后数值,可在此基础上加入 利用 采样 所 得热 电偶 低字 节 电压值 及 所查 到的内存 中(如表2所 示)与该值相邻的两数据,通过简单的线性 插值 计 算而 实现(由采样所得热 电偶 低字节电压值减 去所查到的 内存中与 菠值相邻两数据 的前一个 数据,再除此相邻两数 据后一个 值 与前 一十值之差而 得到,此即相当于加入了小 范围内线性 化 处理 ) . 根据上述 通用查表 法 原理 , 利用MC S5 1系列 单片机8031实现 的壹 表 程序 框 图如 图l所示,该子程序 约占380十 字节 内存.因此,此通用壹 表法加上前述 表2所占内存,共计占用

1 7

8 4十字节,不到2k字 节.且查表速度快 ( 查表 时 间最 多为ID0).通用性 强.

三、热电偶剥沮 及冷端补 偿电路 的设计 在GJ型光 幅射加热 炉温控系统中.热电偶 测温、38・传 感器 与检测技术・冷端 补 偿部 分 总体 结构如图2所示 圈2热电偶测温及母端补偿 总体结构圈图2中 , 热 电偶 热 电势 ( 单位V) 经高精度超 低漂 移的集成 运放5G7650差 动放大100倍 ( 放大倍数可调,后(有效数字 不变,量纲相 应地变为0.1mV) , 经多路转换 开 关选 通,接至模数转 换芯片的 输 入端 ;

模数转换芯片采 用双 积分4位 半 高精 度的ICL

7 1

3 5 , 其输入范围为 O ~

1 .

9 9

9 9 V, 转 换后 的 5位 B C D 码数字量 采用字位动态扫描方式输出,即万、干,百,

十、个位5位 B CD码轮 流在数据 线上 输出,圆此 . 单 片机 采 样所 得的5位 整数电压 值的量纲 正好是0.1mV( 如1.9999V采样所得 即为

1 9

9 9

9 (

0 .

1 mV) ) ;

由上 可见,单片机采样 所得的5位 B CD码有效数字 恰好为热电偶 热 电势 的v电压值(若放大倍数不是100倍 , 可 先将 A/ D 采样值转换成与热 电势 v 值对应的量 , 如放大倍数为

5 0倍,则将 A/ D 采样值 嫁以 2即 为与热 电势 V 值 一致 的有效数值),然后即可栗 用前述查表法测温(玲端 温度为0C 时).如果 热电偶冷 端(参考端 ) 温 度不 是绝对0℃, 如热电偶 冷 端通 常放 在室内为室温时,则需对 上述查表得到的温 度值进行冷 端 补偿 , 具体作法是采用AD5

9 ( } 集成温度传感 器测室温 当AD5

9 0两端 加+4 V~4 -

3 0 V 电压 时,呈现 高 阻抗 , 其输出电流与绝对温度成正比,且按I~A/ K 变化,其本身保证在298.2K(25℃) 时输出电流 为2982A( 相当于273.21(即

0 C对应于2732A) , 是 一个 线性温度 恒流源.冷 端温度测量放大电路如图3所示 图中,在AD5

9 0后 采用 一般 运放构成增益为l的 缓冲(跟随器) . 以提 高输出负载能力 , 其输 出经 多路 转换开关 接至ICL

7 1

3 5模 数转 换器输入端 单 片机 测得 《 电气自动 化>

}1998牛 第 5期 维普资讯 http://www.cqvip.com 空此净端 温 度再 那上上述 查 表所 得 的温 度值即为热 电偶 测得的实际 温 度值 .

四、应用实例固3母蒜温度测量最大电路 如热电偶 热 电势 为d3060~V, 经差 动放大100倍 后由1CL

7 1

3 5转换,单片机 采 样所 得的5位 BC D码为13060(0.1mV) , 即两 字节整数3304H于R:R中.因此,由图 l所示的查表程序,高字节33H区段的基础温痊可直接去TE MPI +2・ R 一1

0 6

6 H 及 下一 个 内存 单元

1 0

6 7 H 取出,必为1895C然后可 根 据热 电势 高字 节 利用 对 分法 比较 、 判断 , 快速将地址 指针 DP TR 直 接跳 至低 字节电压表 对应 区段 首址 VL R1 H, 本倒即为VL3

3 H , 从此 处取出的第

1 个数据00H小于R中值

0 4 H, 因此 增 量加 l , D P TR指针也加 1, 再返 回重新 取下一个 内存 单元 的 内容 为OC H 于 累加 器AC C 中,经比较 发现其已大 于04H, 因此 , 查 表过 程 即告 结束 , 将 温凄 增量1C与 上进基础温 度1295'

C相加 即 可查 得热 电偶 热 电势

1 3

0 6

0 # V 对应的温度值为1296c( 实际在1296℃~ l

2 9

6 ℃之间.直接 查表 误差小于1℃),如果需提高查表精度、考虑小数点后 数值 , 可通 过 本文 介绍的计 算 方法 而得 到,……一……~一…………0(上接第S页 ) (

2 )如何对模型中每个 模型进行甄别为留存 ( u n f a l s i f i e d ) 模型.(3)如何 找 出来 建模 动 态的模 型.(4)如何 预 定性 能指 标的 界限 : 如此 等等=埘本例中曰暑三器可得其为o.33.因此.热电偶热电势

1 3

0 6

0 ~ V 对应的温度精确值应为l295.33℃( 参 考端 为0C时 ) . 如果由ADS

9 0冷端 温度测量放大,经多路开关 至AD C I C L

7 1

3 5转换后,单片机 测得的5位 B C D 码为2992( . l mv) , 则相应的冷端温度为―29―92I_--__2732―

2 6 C( 而 非绝 对0 C时 ) . 此 时对 上述 查表得到 的温 度值 进行冷端 补偿 可碍,热电势

1 3 o

6 o ~ v 对应的实际温度为1895.33 C26C ― d

3 21 .

3 3 C;

五、结束语本文提出的通 用查表法已在 GJ型光辐射加热炉实际温度控 制系统中得 到 了成 功 的应 用,实验 证明,这种查表 方法速度鞍 快(最多不 超过400~s)、精度高(直接查表精度为l℃,且可以方 便地考虑 小数后数 值,获得更 高精度)、占用内存较少,且考虑了冷 端 补偿 问题.该方 法对 于其他类 型热电偶 测 温场 合 也适 用,有很 大的 推 广应 用 价值 . 参考文献[1高富 强 将热 电偶热 电势 转换 成 温度 的一 种 新方 法.自动 化仪表 .

1 9

9 0 (

7 ) [

2 ]瞿涛 , 万乐 生.智能仪 表热电偶毫 伏- 温 度高 精度查表{ 击.工业 仪 表与 自动 化装置 ,

1 9

9 2 (

5 ) [

3 ]陈特 夫涮温仪 表与 感应 加 热装 置机械工 业 出版 社.I985………o-一 … …

0 0 Tr a a s AC一31t pp

1 3 4-

1 4 4,

1 9

86 . 判定它是.如Z. D y u f o r an _ de nd L . c f e u Ⅱc d o p e n l o o , p i n … pu t m a t l e a V o

1 .

21 . No .9,

6 9

7 -

70 6,

1 9

3 5 . 因此,经典辩识与鲁棒 控制器设计之间的空隙需要大量的研 究工 作 来填 平;

正可 谓:路漫漫,其修远兮 . 参考文献rlKJAs t r om a nd T B ohl i n, Nume r i c a l i de nt i f i c a t i o n o f l i ne a r d y~ mi c s ys t e ms f r o m no r ma l op e r a t i on g r e c or ds ,I FAC S ymp o n S df ― Ada pt i v e S y s t e r m st Te d- di ngt o n,UK ,1

96 5 一[2]K . _ 『 -A s t r o m a n d P E y k h o f f , S y s t e m i d e n t i f i c a t i o n 咀sur v e y ,Aut oma t i e a Vo l

7 p pl 23,

1 971 l

3 L Lj u n g, S y s t e m i d e n t i f i c a t i o n: Th e o r y f o r t h e u s e r , P r e n t i c e Ha l l US

1 9

8 7 .中译 本t袁震 东等 译,华东师 太出版社.[4]L . L] u n g a n d

2 D. Yu a n , As y mp t o t i c p r o p e r t i e s o f b l a c k ― b ox i d e nt i f i c a t i o n o f t r an s f e r f un c t i o n s , I EEE T… . AC

30 ,

5 1

4 5

3 0.

19 85 [ 5]B Wa h l b e r g a n d L L j u n g , D e s i g n v a r i a b l e s f o r b i a s di s t r i bo t o n i n t r a n s f e r f u nc t i o n e s t i ma t i on , I EEE 《 电气自动 化}1998年 第 5期 7]袁 震东 . 自适应 控 制存 在的 问题 与发展趋势.电气自动 化,1997(5/:8]王行 愚,袁震东 , 吉明,裘子扬.一种兼顾 跟踪精度与估 计精度的自适应 控制 器. 控 制与 决策 ,

1 9

8 6(

1 ) : l

4 1

8 .

9 B. W i t t e n m a r k, A n a c t i v e s ub . pr i m a l du a l c ont r o] l e r f o r s y s t e m s wi t h s t o c ha s t i c p a r a met e r s , A u t oma t i c Co n t r ol Th e o r y a n d App l i c a t i o n s,Vo J 3,No .1. p........