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数据采集模块各通道的处理

来源:无锡凌科自动化技术有限公司 发表时间:2019-01-21 访问量:187

模块是基于总线网络的数据采集和控制模块,提供了模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、定时器/计数器、交流电量采集、无线数传等功能。数据采集模块可以通过命令进行远程操作控制。

1.热电阻部分(PT100):硬件电路中,热电阻采用的是三线制接法(以消除线上电阻),采用LM234构成的恒流源电路(电流约为0.134/120安培)将电阻转化为电压信号,然后将该信号放大10倍(由OP07构成的正比例放大器,理论发大倍数10.1倍。Vo=Vi*(1+Rf/R1))#送入AD。

三线制的另一端也放大10倍(理论10.1倍)#后送入AD。 热电阻采用的是三线制接法(以消除线上电阻),因此必将有一路传送该信号(CH1),所以在热电阻部分的软件处理需要两路信号(CH0,CH1)进行数值运算。

2.热电偶部分(K型):硬件电路按照0~40mV的输入设计的,大约可测温度范围0~967度。放大125倍后送入AD(由OP07构成的两级放大电路,初级放大5倍(实际Rf使用的是5.1K #) 第二级放大25倍(实际Rf使用的是24K+1K)#)。由于,热电偶存在冷端补偿的问题,电路设计了利用PN结测温法进行补偿(详见PN结部分)。

热电偶测温原理:【1】不同导体构成回路时,因两结点温度不同,就会在结点两端有电势输出(热电效应)。所产生的热电动势主要由两部分组成:接触电动势(不同导体接触,由于电子密度不同产生)和温差电动势(同一导体两端温度不同产生)。当材料一定时,那么热电动势只与两个结点的温度由关,即:

Eab(T,T0)=E(T)-E(T0)

通常希望T0=0或为常数时,则 Eab(T,T0)=E(T)

可见,保持冷端为0度或为一常数时使用热电偶的前提条件。要求冷端温度必须恒定,时因为热电偶所产生的热电势不仅与被测温度有关,而且还和冷端温度有关,只有在冷端温度固定后,热电势才和被测温度有单一的函数关系,保持冷端为0度,是因为经常使用的热电偶的分度表和显示仪表是以热电偶的冷端温度为0度作为先决条件的,为了直接应用分度表,就必须使冷端温度为0度。但在实际测量中,冷端的温度往往是波动的,从而造成测量误差。为了尽量减小这种误差,就需要设法使冷端温度保持0度,或先保持恒定,然后进行补正(就使消除因冷端温度不使0度而带来的误差)。冷端温度的处理方法有很多,这里采用冷端温度的补正的方法。

(1)热电动势补正法

当冷端温度变化后,(t0变化到t1),热电偶算产生的热电势分别为:

E(t,t0)=E(t)-E(t0) 

E(t,t1)=E(t)-E(t1)

两式相减得,

E(t,t0)-E(t,t1)=E(t1)-E(t0)=E(t1,t0) 即

E(t,t0)=E(t,t1)+E(t1,t0)

其中,E(t,t1为热电偶实际测得的热电动势,而E(t1,t0)为热电偶冷端温度有t0变化到t1相应的热电动势,这两个值都可以由热电偶分度表查出所对应的温度值。

(2).温度补正法

热电动势补正法计算比较麻烦,简单的方法式将实际中测量热电偶冷端温度为补正值,但误差比法1要大(但对一般的工业生产来说还是允许的)。此法对热电特性线性度较差的热电偶不适用。实际中,工业上还采用温度补正系数K修正(补正系数由相应表格查得)。 综合考虑,该系统采取的是方法一的补正方法。

3.PN结部分:该部分的设计思路是基于PN结的温度特性,用PN结来测量热电偶冷端温度(室温),用以进行热电偶测温的补正。

PN结的温度特性【2】:PN结的正向压降具有负的温度系数,并且在一定范围内随温度近似呈线性变化,利用该性质可将PN结作为温度传感器使用。(注意为避免自身发热影响测量精度,通过PN结的电流不宜过大,应取0.1mA左右)实验测量PN结正向压降与温度关系数据V-T,在计算出各温度的正向压降与0度时的正向压降的差值的关系△V-T,作图,计算出PN结正向压降与温度的具体函数关系。

4.电压型传感器部分:由于该部分使用的是已经完成线性化处理的传感器,因此无论是硬件还是软件设计都比较简单。

硬件电路直接将变送器的输出接入AD,软件部分根据线性关系直接计算得到T值送入嵌入式端。具体数值运算为:湿度部分(CH4):RH=V*5000/4095*100/5000*10(然后乘以10的目的是为了精度要求,规定湿度部分保留一位小数);温度部分:T=V*70/5000*100-10*100(乘以100的目的是为了精度要求,规定温度部分保留二位小数)。

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