便携式多功能测温仪设计

　　过程控制系统中,当温度检测回路出现故障,如某温度二次仪表显示不正常时,需快速诊断出究竟是二次仪表问题,还是一次测温元件热电偶问题。本文介绍一种以80c31单片机为核心的便携式智能型仪表,它不仅可以将常用分度号热电偶的热电势转换为相应的温度值显示,还可以模拟输出某常用热电偶在一定温度下的热电势,为系统检修提供了有力的工具。

　　1　硬件设计要点

　　测温模拟电路接口如图1—1所示。

　　1.1　冷端补偿

　　用半导体集成温度传感器AD590测量环境温度,再用软件查表计算得到被测热电偶冷端电势值,用软件进行冷端补偿。

　　1.2　数字调零及增益误差自动校准

　　仪表在测量之前,自动进行一次校准,即先将输入放大电路接地,测出这时输入值为X0,然后将输入端接入标准电压V2,测出输入值X1,在正式测量时,如测出输入值为X,则这时的V可用下式获得:

　　这样得到的V与放大器的漂移和增益无关,与VR精度也无关。可大大提高测量精度,降低对电路器件要求。

　　1.3　V/F转换器组成A/D转换电路

　　为了适应便携式仪表电池供电的特点,选用低功耗、高精度、单电源供电芯片LM331作为A/D转换器,当输出频率10kHz时,如定时1秒左右计数,相当于在A/D转换电路中14bit分辨率。可以满足常用热电偶电势与温度转换精度。

　　1.4　自动量程转换

　　该仪表设计量程为1～75mV,基本覆盖了常用热电偶温度范围的热电势。为了保证小信号时的测量精度,放大器增益应能自动转换,即小信号时增益自动变大,而大信号时则自动减少以防数据溢出。量程转换倍率用4,即量程转换范围为1-64,这便于同单片机接口。一般倍率不宜过大,否则同一量程内,小电压的有效数字将太小,会降低仪表的分辨率和精度。自动量程转换电路靠CD4052模拟开关与4只电阻实现。模拟开关接通时有导通电阻,因后运算放大器采用同相放大输入,输入阻抗极高,则模拟开关导通电阻忽略不计。

　　1.5　高稳定mV信号发生器

　　由DAC1208 12bitD/A转换器,低漂移运放OP07及场效应管J1组成高稳定mV信号发生器。D/A转换器参考电压由精密能隙恒压源MC1403提供1V左右的电压。TL084/3和J组成电压小电流恒流转换器,将TL084/4输出的D/A转换模拟电压Vb经误差放大器TL084/3场效应管J1转换成相应的恒定小电流,通过R0电流电压转换,)OP07比例放大再适当选择R0,R1值,使:

　　满足输出量程的要求。整个输出信号再经前向通道采集与计算值比较,构成闭环软件调整,更使输出稳定精确。

　　1.6　低功耗设计