油质分析恒温振荡仪的研制

　　1　引　言

　　在很多场合,化学试样分析前需要加热、摇晃均匀。一般(特别是油中pH值和酸值的测量)情况下采用电炉加热和人工摇动的办法,这样既不易对加热温度进行控制,而且实验人员因长时间的摇动而劳累,工作效率低。因此,我们以分析变压器油试样为对象设计了一种能自动加热、自动控温、定时振荡、工作过程完成后能自动报警提示,且同时能完成多个油样分析(或其它化学试剂)的恒温振荡仪。它可广泛用于油田、电力、化工等场合的分析实验中。

　　由于不同的油样是在不同的温度下进行分析的,而且要求温度较稳定,因此该仪器的主要功能是保持温度稳定,要求精度为±0. 2℃。当实际温度达到设定值后,摇摆电机开始振荡,同时显示设定和实时温度,振荡结束后提示报警,且保持恒温,直到所有油样分析结束。

　　2　控制系统硬件设计

　　2.1　系统总体组成框图

　　根据上述功能要求,本系统采用了以ADμ812单片机为核心,外围电路包括温度检测及信号调理电路、温度/时间设定电路、显示电路、固态继电器驱动电路、报警提示电路,数据保存电路等,其具体组成框图如图1所示。

　　ADμ812主要特点:芯片内集成了高性能的自校准多通道12位ADC,两个12位DAC电压输出,可编程的8位(与8051兼容)的MCU, 8KB的闪速/电擦除(Flash/EE)程序存储器, 640字节的闪速/电擦除数据存储器,以及256字节数据SRAM。另外,MCU包括看门狗定时器、电源监视器、ADC DMA功能、3个16位定时器/计数器为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O线、I2C兼容的SPI和标准的UART串行口I/O等[1]。

　　加热功率的调整采用以全波为最小调节量且分布均匀的波序控制法完成。通过改变系统在单位时间内的导通比实现温度的控制。

　　2.2　信号检测与调理电路

　　温度传感器采用铂电阻。根据本仪器的测温范围(0~100℃),拟定采用桥式测量电路来完成,经集成仪表放大器AD620放大和由高稳定性运算放大器OPA117组成的电压跟随器后再给MCU的A/D转换输入端。其中AD620的放大增益G = (1+49.4 kΩ/Rg),改变Rg的大小即可改变G的大小[2]。其电路图如图2所示。

3　系统的软件设计

　　3.1　控制算法设计思想

　　模糊PID控制算法自整定控制原理(Fuzzy2PID):模糊控制器是一种智能型控制器,其优点是不要求掌握受控对象的数学模型,而根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定控量的大小。具体地说,它是基于模糊条件语句描述的语言控制规则,根据模糊推理和模糊判决,查询模糊控制表,解模糊得到精确的控制量。模糊控制一般采用偏差e和偏差变化率Δe量化组成的二维模糊控制器[3]。其组成结构原理如图3所示。