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单片机在温度控制中的应用

发布时间:2020-07-21 18:32:27 阅读: 来源:柴油机厂家

1 前言

本文引用地址:单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的,由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点,所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域,使产品小型化、智能化,既提高了产品的功能和质量,又降低了成本,简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。

东风汽车公司变速箱厂热工科无罐炉,主要用于变速箱齿轮、轴类零件的渗碳热处理工序。原来用XWB型自动平衡记录仪控制温度,二位式控温方式,使得具有大惯量性的无罐炉温度波动大,误差达±10℃左右。并且仪表使用环境教恶劣,油烟、灰尘常使仪表的机械传动部分卡死,不但维修工作量大,而且产品质量不易保证。随着国民经济的发展,汽车工业不断壮大,产品市场竞争激烈,优胜劣汰。由此,我们经过认真的调研和设计,寻求了一种更好的控温方法,亦即本文介绍的 WDY-1温控仪取代XWB型自动平衡记录仪。

2 WDY-1温度仪介绍

该仪器采用美国Intel公司八位单片机作为控制核心,配以其他进口集成电路,加上精心对软件设计,实现了仪表智能化。可与热电偶、热电阻等传感器配合使用,对0~1600℃范围内的各种电加热炉的温度进行精密测量,同时,四位LED显示器直接跟踪显示被控对象的温度值,准确度高,显示清晰,稳定可靠,使用方便。

WDY-1温控仪原理框图如图1所示。整个仪表的工作原理是:由8031单片机控制,按预先编制的程序定时对热电偶信号(即被测信号)进行采样,并自动进行零漂校正,最后显示所测温度值,同时按设定值、所测温度值、温度变化速率,自动进行PID参数自整定和运算,并输出0~10mA控制电流,配以主回路实现温度的控制。

3 WDY-1温控仪的测量及控制作用

该温控仪属智能化仪表,测量精度0.2级,显示分辨率1℃,控制精度0.5级,控制方式为PID算法,设定方式为直接温度值设定,同时具有超温及断偶报警,因而内部的电路比较多,下面就该测量仪中主要电路及各个环节的作用予以介绍。

1) 热电偶

型号 WRN,分度号K,测温范围0~1300℃,可以长时间工作在0~1000℃,短时间工作到1300℃,是一种测量温度信号的传感器,其正极是镍锘合金,负极是镍硅合金。使用时直接按要求放进无罐炉,镍锘-镍硅作为一种标准热电偶,在测取热电势时,其冷端温度T0=0℃(实际应用中要通过补偿实现),根据测得的热电势通过查表,可以直接读出热端温度值。可见,热电偶在炉中的位置并不是任意的,其热端所处的位置必须准确反映炉温。另外,热电偶性能的好坏直接影响热处理工件的质量,因此,必须定期对热电偶进行检查、更换。

2) 预处理电路

其作用包括:对热电偶信号的冷端补偿;断偶报警保护;三极滤波。电路组成见图2,图中冷端补偿电路主要为一直流电桥,Rt为铜电阻,是一标准热电阻,当温度变化时,Rt的阻值将发生变化,因此把Rt放置在热电偶的冷端,让其感受冷端温度的变化。当温度=0℃时,桥压输出U0=0V,如果温度升高,则Rt变大,使桥压输出大于零,由此桥压的输出值即热电偶冷端温度所对应的热电势。断偶报警通过8031输出控制四位LED显示器同时闪烁显示“E”或蜂鸣器报警(电路未画)。

3) 放大及切换电路

由4066B四双向开关和两级运算放大器组成。首先,在8031的控制下,模拟地信号经两级放大后进入A/D转换,在8031内完成模拟地和数字地的转换。然后,参考电压输入放大,送到A/D转换器,为测热电偶信号做好准备,最后热电偶信号输入放大,送A/D转换。可见,该电路的作用是:把热电偶拾取的信号放大,以及把模拟地在单片机的控制下转换为数字地。

4) 模数转换电路

由4066B四双向开关和LM358低功耗双运算放大器组成。转换原理是双积分式转换,整个过程分为三个阶段,(1)休止期:消除积分器上的零偏电压。(2)积分期:将放大后的模拟电压信号在时间T1(T1为定值)内积分;(3)反积分期:对标准电压反向积分,这样就将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔,最后利用时钟脉冲和计数器将此时间间隔转化成数字信号[1]。

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