压力/温度传感器

压力/温度传感器（精选9篇）

压力/温度传感器 第1篇

关键词：压力传感器,温度补偿,电路

传感器种类繁多, 故传感器是一门分散型技术, 同时也是一门密集型的技术, 它涉及面很广包括物理、化学、金属学、机械、电子等几乎所有的电子技术。应用最为广泛的是压阻式压力传感器, 它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。本文以压阻式压力传感器为例从几方面加以讨论。

一、材料方面

目前的传感器由于小型化的需要大多采用半导体材料, 由于半导体材料对温度尤其敏感, 因而温度补偿则更为关键。

我们首先从半导体材料本身出发, 由于半导体材料的电阻率ρ与载流子浓度n、p及载流子迁移率, 有如下关系:式中的n, p, un, up均与T有关。

单用掺杂的方法来降底电阻温度系数, 本体杂质浓度CB=10cm3时ρ随T的变化趋于稳定。当然, 掺杂的同时必须考虑到杂质浓度越大, 则易导致更多的晶格缺陷。

对半导体材料本身来考虑, 还可以从扩散系数和深结等方面着手, 但这几方面比较复杂须考虑多种因素。另外, 由于金属的电阻温度系数较低, 因而考虑在硅衬底上沉积金属膜以达到降低电阻温度系数的目的。通过研究得知锰的电阻较高且具有低电阻温度系数 (TCR值) 。所以用沉积锰的方法可以较有效克服温飘。即用硅 (Si) 作衬底后沉积锰薄膜做成应变电阻。

二、电路设计

通常设计中采用传统的惠斯通电桥法, 四个力敏电阻组成惠斯通全桥, 当传感器受压力时全桥电阻发生变化产生电位差, 电位差的大小与受力值成正比。电桥有源压阻传感器等效电路, 如图1所示。从理论上分析只要电阻高度匹配, 即R1/R2=R3/R4, 就可以抑制温飘, 但是制作工艺上却很难将四个桥臂阻值和温度系数作得完全一致。原理上我们可利用另一方法即将供电的恒流源或恒压源调成与传感器具有相同阻值而反号温度系数。但这种方法调试有很大难度, 需一系列精确仪器, 因而在实际应用中较困难。这里分别采用串并联电阻和双传感器互相抵消的补偿方法。

(一) 串并联电阻消除零飘。

如图2所示在原先的桥臂上分别串上或并上或RP, 由于RS, RP的作用, 对温度变化引起的误差有一定的补偿作用。这里简单分析一下:对于一个已调零的传感器, 由于温度变化会导致零点飘移。若只串RS, 温度上升时R1/R2> (R4+RS) /R3, 会导致输出升高过度。而只并RP, 若T上升时R1/R2

(二) 双传感器抵消补偿法。

为使温飘误差减少到较小的程度, 而且避开电阻匹配的麻烦, 可利用传感器归一化技术使双传感器探头的温度飘移误差相等。然后, 通过电子线路利用差分放大器将温飘误差信号相互抵消。电路图如图3。

现简单计算一下:

从各个电阻流入放大器同相端节点的电流应满足弥耳曼定理 (1942) :

由 (1) 代入 (2) 可得:

因为传感器I和传感器II归一化后输出电压:

另外一方面由于传感器I和传感器II的两组同名端分别为Va、Vd及Vb、Vc, 在室温状态下不考虑温漂调节多圈精密电位器RW使:Vab+2 (Vb+Vc) +2VE=0 (5)

式中Vab是传感器在0mbar吸力下零点电压。

由D得:V0=2 (Va-Vb)

温度变化时:Vab+2 (Vb+Vc) +3VE≠0

假定基准电压V E漂移系数为零, 则传感器温飘响应输出, 且当R>>r时, 则误差计算如图4所示:

因为材料的温度系数较大, 而且工艺相同, 因而其同名端温度系数相对一致, 所以可认为⊿Vc+⊿Vb和⊿Va+⊿V d温度飘移量相等, 即:⊿V0=0

当然采用该法相对成本较高, 而且须采用低温飘高稳定的差分放大器, 但可使传感器输出飘移误差减少到10Uv以下, 对漂移有较好的抑制作用。

三、单片机实现温度误差补偿

依靠传感器本身附加一些简单的硬件补偿措施是比较困难的, 目前对于一传感器测量系统已大量引入了单片机, 实现自动检测和控制。因此用单片机自身的特点, 利用软件来解决传感器温度误差难题也是一条有效途径。

在一单片机传感器测量系统中, 要解决传感器温度误差补偿问题, 首先要测出传感器点的温度, 该温度信号作为多路采样开关采集信号的一路送入单片机。测温元件通常是安装在传感器内靠近敏感元件的地方, 用来测量传感器点的环境温度, 测温元件的输出经放大及A/D转换送到单片机, 单片机通过并行接口接收温度数据, 并暂存温度数据。信号采样结束, 单片机运行温度误差补偿程序, 对传感器信号的温度误差进行补偿。对多个传感器, 可用多个测温元件, 常用的测温元件有半导体热敏电阻、AD950测温管、PN结二极管等。原理框图如图5。

四、结束语

综上所述的种种补偿方法各有优缺点。材料方面, 由于半导体材料适于小型化, 传感器的开发已得到了广泛的重视, 各国现阶段基本上致力于半导体传感器的研究, 而且温度补偿作为传感器的一个重要课题 (半导体传感器尤其重要) 已得到普遍开展。外部电路设计, 材料本身的改进以及用单片机软件实现传感器温度误差补偿等补偿法都可以有条件地应用, 但实际生产中则必须考虑到测量精度、系统电路的复杂程度、可靠性、生产条件成本及资金, 以及消费能力各方面因素。

参考文献

《传感器电子学》

HF.沃尔夫编《SILICON　SEMI-CONDUCTOR　DATA》

《SENSOR　AND　ACTUATORS》, 1990, A2401

(美) D.H施因果德《传感器接口及信号调理电路》

陈本华《压力传感器漂移误差补偿》

温度压力计量培训总结 第2篇

三月二十一日，我参加了由电科院组织的温度压力计量培训。这次培训主要介绍了计量基础知识、温度计量知识和压力计量知识。

计量基础介绍了计量的定义、分类、特点，相关法律法规和规章，计量标准，计量检定，国际单位制，误差术语及基本概念，测量误差的计算基础，数据处理。

温度计量介绍了温度的基本概念：温度是用来表征物体热状态的物理量，从宏观角度看表达了系统所含内能的多少，从微观上描述了物体内部分子无需运动的剧烈程度。介绍了温标和温标的发展。介绍了电阻温度计：电阻温度计是利用道题或半导体的电阻值随温度变化而变化来测量温度的原件或仪器。电阻温度计具有测量精度高，性能稳定，灵敏度高，应用范围广，可远距离测温并能实现温度自动控制和记录等许多优点。由于热电阻干文员兼得体积较大，所以不能像热电偶那样测量点的温度，也就是说测量的是其所占空间的平均温度。热电阻对电阻丝的要求是：有较大的电阻温度系数，有较大的电阻率，电阻与温度关系特性好，物理、化学性能稳定。热电阻对电阻丝骨架的要求是：体膨胀系数小，有良好的绝缘性能和足够的机械强度，无腐蚀性且能耐受高温。热电阻对引线的要求是：电阻率小，较小的电阻温度系数，化学性能稳定，热电势小。使用热电阻测温时要注意自热效应引起的误差，迟滞带来的影响，电测仪器温度变化的影响，寄生热电势的影响，引线温度变化的影响，热辐射的影响。安装时要注意：在管道上安装时，热电阻的感温元件应与被测介质形成逆流，至少应与被测介质流束方向成九十度，同时应将感温元件总长的二分之一放置在最高流速的位置上；热电阻的插入深度一般不得小于保护管外径的八至十倍；为避免液体、灰尘渗入电阻接线盒内，应将接线盒盖朝上，出线孔螺栓朝下。热电偶是利用热电效应支撑的测温元件。热电偶的使用中主要应用到四个基本定律：均质导体定律，中间导体定律，中间温度定律和链接导体定律。均质导体定律即由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体截面、长度以及各处温度如何分部，均不会产生热电动势。该定律说明：热电偶必须由两种不同性质的材料组成；由一种热点及材料组成的闭合回路内存在温差时，如果回路中产生热电动势，就说明此热电极材料是不均匀的。中间导体定律即在热电偶回路中，传接入第三种导体，只要该导体两端温度想通，则热电偶回路的总热电动势与所串接的中间导体无关。该定律说明：使用热电偶测量温度时，接入一个显示仪表，只要该显示仪表的两个节点的温度相同，则对热电偶测量回路的热电动势没有影响。中间温度定律即热电偶在接点温度为t，t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t，tn和tn，t0时相应电动势的代数和。该定律说明：根据中间温度定律，只要有了热电偶参考端为零摄氏度时候的人电动势和温度的关系（即热电偶分度表），热电偶就可以在任意参考端温度下使用。连接导体定律即在热电偶回路中，如果热电极A、B分别与连接导线A1，A2链接，接点温度分别为t、tn、t0，则回路的热电动势将等于热电偶的热电动势与链接导线A1、A2在温度为t，tn时热电动势的代数和。根据连接导体定律，在现场实际测温时，在热电偶回路中引入与热电偶具有相同热电性质的补偿导线，相当于把热电偶延长而不影响热电偶的热电动势，从而使热电偶的参考段远离热源并引到环境温度较低且稳定的地方。

压力传感器温度补偿仪的设计 第3篇

虚拟仪器是基于计算机的仪器, 它实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。目前使用最广泛的编程语言是LabVIEW。LabVIEW是一种图形化的编程语言, 被工业界、学术界和研究实验室所广泛接受, 已成为一个标准的数据采集和仪器控制软件。将传感器和插入计算机的数据采集卡组成各种测量系统, 以通用计算机硬件及操作系统为依托, 实现各种物理量的测量功能, 这种将计算机和仪器密切结合的方式是目前仪器测量领域发展的一个重要方向。然而, 对于由压力传感器和数据采集卡组成的压力测量系统, 因为压力传感器的输入输出存在非线性, 而且压力传感器容易受到工作环境温度影响, 其零点、灵敏度均随环境温度的改变而改变, 表现为被测压力为零或保持不变时, 改变工作环境的温度, 则压力传感器的零点或输出电压值均发生变化, 这会给实际测量结果带来误差。

温度的影响会显著增强压力传感器的非线性输出, 如何对压力传感器进行有效的温度补偿成为影响系统可靠性与精度的关键因素。传统的解决方法是尽可能保持温度的恒定并采用热敏电阻予以温度补偿, 但从实际工况出发, 保持恒温难以做到, 而电阻补偿方法其操作不但繁琐, 也给调试、维修工作带来诸多困难, 况且电路本身也会受到温度一定的影响。LabVIEW虚拟开发平台的特点是尽可能采用通用硬件, 而不同应用中的差异主要集中在软件上。为了充分发挥虚拟仪器的优势, 本次研究采用BP神经网络技术对压力传感器的非线性温漂进行智能化虚拟温度补偿, 并对这一方法的可靠性、误差值以及与虚拟平台嵌入方法等关键技术进行了设计、编程和实验研究。

2、传感器的工作原理及其组件

本文所研究的课题主要是要在LABVIEW虚拟仪器开发环境下对BP神经网络进行训练, 并在此基础上实现对压阻式压力传感器的温度补偿功能。即消除温度对压力传感器输出电压值的影响。本补偿仪中的神经网络可由用户选择学习样本进行学习训练, 在对网络训练完后, 输入压力传感器量程范围内的任何输出电压值与其工作环境温度传感器的输出电压值, 补偿仪可以给出对应的压力值。

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 它位于研究对象与测控系统的接口位置, 是感知、获取与检测信息的窗口。在有些学科领域中, 传感器又被称为敏感元件、检测器、转换器等, 这些提法反映了在不同的技术领域, 常将能感受信号的电子元件称为敏感元件, 如热敏元件、气敏元件等。

传感器输出信号通常是电量, 它便于传输、转换、处理、显示等。电量有很多形式, 如电压、电流、电容等, 输出信号的形式由传感器的原理确定。

传感器由敏感元件和转换元件组成。其中, 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的点信号部分。由于传感器输出信号一般都很微弱, 需要有信号调理与转换电路, 进行放大、运算调制等, 此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源, 因此, 信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用, 传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上, 安装在传感器的壳体里。传感器的种类繁多, 一般有两种分类方法:一种是按被测差数分类, 如温度、压力、位移、速度等;另一种是按传感器的工作原理分类, 如应变式、电容式、压电式、磁电式等。

2.1 通过温度补偿仪精准输出数据的原理

传感器已广泛应用于感应各种物理信号, 因此, 它的输出精确性是我们不得不关心的重要问题, 同时也是后续信号处理研究的基础。

本次研究以压力传感器为例, 理想情况下, 传感器的输出只与输入的压力值有关, 但事实上, 周围温度对压力传感器的输出也会产生影响, 从而使测量产生较大误差。为了减少温度对压力传感器的影响, 我们运用神经网络的知识, 在虚拟仪器开发环境LabVIEW下, 对采用的BP神经网络类型进行训练, 使传感器的输出与理想输出的差距尽可能减少, 从而达到温度补偿的效果。

2.2 压力传感器虚拟温度补偿原理

压力传感器虚拟温度补偿需要在压力监测系统中引入温度监测传感器, 在由被补偿的主传感器及温度监测传感器、数据采集卡 (DAQ) 及计算机组成的测试系统中, 虚拟温度补偿的功能相当1个软件模块。该系统原理如图1所示。

压力传感器和环境温度监测传感器所输出的电信号经过放大调整电路后, 由系统的数据采集卡送入计算机, 然后计算机把采集到的数据经过BP温度智能补偿网络及虚拟仪器控制面板处理后, 输出补偿后的压力值。因为是两个传感器数据融合的实现, 故温度智能补偿软件模块实际上也是一个数据融合系统。

总之, 压力测试虚拟仪器系统包括2个主要内容:虚拟温度补偿BP神经网络构建和基于LabVIEW的虚拟仪器的设计。前者主要实现了压力传感器温度的智能化补偿, 而后者则完成了虚拟仪器的主要计算、控制与显示功能。其中, B P神经网络的构建通过调用MATLAB神经网络工具箱的newff函数来实现。主要包括 (1) 神经网络的训练, 即通过静态的样本数据对网络进行训练。 (2) 神经网络的测试, 既通过向训练后的神经网络输入数据以测试其效果。而基于LabVIEW的虚拟仪器的设计则包括前面板和程序框图的设计, 其中一个重要的功能是实时温度和压力仿真输入电压值的产生。

2.3 神经网络训练样本的制备

在工作温度范围内, 选定了在多个不同的温度下对被补偿的压力传感器进行标定实验, 下表列出了在不同温度、不同压力环境下的36个样本数据, 其中, 测试所需的输入值同样可以选用该样本数据。Up为压力传感器的输出电压, Ut为温度传感器的输出电压。

从表1中可以看出, 在输入压力值不变的情况下, 工作环境温度不同, 压力传感器的输出电压值Up也随之改变。

2.4 神经网络的训练及结构的确定

如图2所示, 输入层i=1, 2共有两个节点, 分别输入压力传感器、温度传感器的输出电压值 (Up, Ut) 。隐层节点数j=1, 2..l, l可在3~30范围内选择, 视补偿效果而定。输出层节点k=1, 为一个节点, 输出压力值p’。网络计算输出值应与压力传感器相应的标定值的均方差为最小, 即:

式中, 为给定的允许误差, 通常取任意小的正实数, 显然, 训练的样本数越多, 网络的计算结果偏差越小, 泛化能力也越强。

本研究避免了自编程序BP网络, 通过MathScript节点方式调用MATLAB神经网络工具箱中的函数。

3、系统各功能模块

本研究设计的功能模块包括网络训练、网络检验、实时仿真温度补偿三个部分。其中, 网络训练模块和网络检验模块的数据来自经验样本数据, 实时仿真温度补偿部分用于仿真通过数据采集卡采集到传感器的输出数据, 建立在网络训练模块的基础之上。下面将分别从前面板和程序框图的设计角度介绍整个温度补偿系统的实现过程。

3.1 虚拟控制面板

启动LabVIEW, 设计的前面板如图3所示:

设计步骤如下:

3.1.1 放置输入型控件1、2

执行控件>>数值>>数值输入控件操作两次, 分别在前面板上放置控件1、2, 控件的Label分别为压力输入和温度输入, 分别用于神经网络测试部分模拟压力和温度传感器的输出电压值。

3.1.2 放置显示型控件3、4

执行控件>>数值>>数值输出控件操作, 在前面板上放置控件3, 控件3的Label为测试输出, 用于测试神经网络训练模块的温度补偿效果。

执行控件>>图形>>波形图表控件操作, 在前面板上放置控件4, 用于实时监视经过网络训练后的温度补偿效果情况, 若曲线图在零的很小变化幅度内变化, 则表示温度补偿效果良好。

3.1.3 放置命令控件5、6、7、8

执行控件>>经典>>经典布尔>>带标签椭圆形按钮操作, 在前面板上分别放置控件5, 6, 7, 8, 布尔文本分别为训练网络、测试网络、仿真训练、退出仿真。控件颜色为绿色时, 表示相关功能模块待执行;为灰色时, 表示正在执行。

3.2 程序框图

本设计的程序框图如图4所示:

设计步骤如下:

3.2.1 BP神经网络训练部分

执行函数>>编程>>结构>>MathScript节点操作, 然后将下面的MATLAB文件添加进该节点内。用MATLAB编写的代码如下:

3.2.2 神经网络测试部分

执行函数>>编程>>结构>>MathScript节点操作, 将下列MATLAB代码写入:

其中, pp, tt和outp是添加的两个输入和一个输出的名称, 数据类型均为Real。

3.2.3 实时仿真部分

该部分先不断仿真产生温度和压力输出电压值, 并将数据保存在电子表格文件中, 然后将保存在电子表格中的数据读取, 用于输入网络训练模块, 实现实时仿真温度补偿功能, 并通过chart图来显示出来。

仿真数据产生的代码为:

3.3 网络的训练与温度补偿性能检验

3.3.1 神经网络训练

点击前面板上训练网络按钮, 将弹出网络训练的误差-训练曲线图5如下:

3.3.2 神经网络测试

在网络训练完成后, 实质上就得到了传感器的输入输出关系函数的近似逆函数, 因此, 只要将传感器的输出电压值输入网络训练功能模块, 就能得到传感器的输入值。在MATLAB神经网络工具箱中的SIM函数可以求取这个逆函数的输出。在前面板的网络测试模块输入栏中输入“压力输入”为-13.84, ”温度输入“为27.64, 单击网络测试, 输出栏”测试输出”显示为0.00。

3.3.3 实时仿真部分

单击仿真训练按钮, 将看到前面板中chart图产生了曲线图6如下, 单击退出仿真按钮退出仿真。

4、虚拟温度补偿系统的特点

(1) 神经网络在高速计算机和各种新概念的提出的基础上正在被广泛应用, 本研究采用BP神经网络的信息处理手段, 使实现温度补偿功能的信号处理的误差更低。 (2) 建立在LabVIEW虚拟仪器开发环境上, 运用LabVIEW设计的VI, 他依托功能强大的PC, 减少了购买实物测量仪器的费用, 而且能够实现相同的功能, 应用灵活。

另一方面, 本设计也存在不足, 特别是设计实时仿真输出电压值产生功能模块。由于压力传感器的测量受到温度的影响, 要想模拟真实环境下由温度传感器和压力传感器测得的输出值, 需要构造两者的函数关系, 根据对传感器温度补偿相关知识的了解知, 该功能的设计不够完善, 当然, 具体应用中, 一般通过数据采集卡采集经传感器传送的真实数据。总的来说, 结合LabVIEW的控制优势、MATLAB的强大计算能力、神经网络的算法思想的方法是解决该问题的一个有效的途径。

5、结语

数字温度传感器的应用 第4篇

DSl820 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数 指示器件的温度 信息经过单线接口送入 DSl820 或从 DSl820 送出 因此从主机 CPU 到DSl820 仅需一条线(和地线)DSl820 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源 因为每一个 DSl820 在出厂时已经给定了唯一的序号 因此任意多个 DSl820 可以存放在同一条单线总线上 这允许在许多不同的地方放置温度敏感 DSl820 的测量范围从-55 到+125 增量值为 0.5 可在 l s(典型值)内把温度变换成数字.每一个 DSl820 包括一个唯一的 64 位长的序号 该序号值存放在 DSl820 内部的 ROM(只读存贮器)中 开始8 位是产品类型编码(DSl820 编码均为（10H)接着的48位是每个器件唯一的序号最后8位是前面 56位的CRC(循环冗余校验)码DSl820 中还有用于贮存测得的温度值的两个 8 位存贮器 RAM 编号为 0 号和 1号1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负，则 1 号存贮器 8 位全为 1，否则全为 0，0 号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的1表示0.5将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以 2 就得到被测温度值(-550 125)，DSl820 的引脚如图 2 26-l 所示。每只 DS18b20 都可以设置成两种供电方式 ：即数据总线供电方式和外部供电方式，采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快.温度计算

1、DS18b20用9位存贮温度值,最高位为符号位。下图为 18b20 的温度存储方式，负温度

S=1，正温度 S=0，如00AAH 为+85 ,0032H 为 25，FF92H 为55

2、Ds18b20 用 12 位存贮温值度，最高位为符号位，下图为18b20的温度存储方式，负温度S=1，正温度 S=0。如0550H 为+85，0191H 为25.0625 ,FC90H 为-55

二DSl820 工作过程及时序 DSl820 工作过程中的协议如下

初始化RoM 操作命令 存储器操作命令 处理数据 1初始化

单总线上的所有处理均从初始化开始 ROM 操作品令

总线主机检测到 DSl820 的存在便可以发出 ROM 操作命令之一 代码

指令 Read ROM(读 ROM)

[33H] Match ROM(匹配 ROM)

[55H] Skip ROM(跳过 ROM]

[CCH] Search ROM(搜索 ROM)

[F0H] Alarm search(告警搜索)

[ECH] 3存储器操作命令

代码

指令

这些命令如

Write Scratchpad(写暂存存储器)

[4EH] Read Scratchpad(读暂存存储器)

[BEH] Copy Scratchpad(复制暂存存储器)

[48H] Convert Temperature(温度变换)

[44H] Recall EPROM(重新调出)

[b8H] Read Power supply(读电源)

[b4H] 4 时序

主机使用时间隙(time slots)来读写 DSl820 的数据位和写命令字的位(1)初始化

时序见图 2.25-2主机总线 to 时刻发送一复位脉冲(最短为 480us 的低电平信号)接着在 tl 时刻释放总线并进入接收状DSl820 在检测到总线的上升沿之后 等待 15-60us接DS1820 在 t2 时刻发出存在脉冲(低电平持续 60-240 us)如图中虚线所示以下子程序在 MCS51 仿真机上通过其晶振为 12M.初始化子程序

RESET PUSH B

;保存 B 寄存器 PUSH A

;保存 A 寄存器 MOV A,#4

;设置循环次数 CLR P1.0

;发出复位脉冲 MOV B,#250

;计数 250 次

DJNZ B,$

;保持低电平500us SETB Pl.0

;释放总线

MOV B,#6

;设置时间常数 CLR C

;清存在信号标志 WAITL: JB Pl.0,WH

;若总线释放 跳出循环

DJNZ B,WAITL

;总线低 等待

DJNZ ACC,WAITL

;释放总线等待一段时间 SJMP SHORT WH: MOV B,#111 WH1: ORL C,P1.0 DJNZ B,WH1

;存在时间等待 SHORT: POP A POP B RET(2)写时间隙

当主机总线 t o 时刻从高拉至低电平时 就产生写时间隙 见图 2 25 3图 2 254从 to 时刻开始 15us 之内应将所需写的位送到总线上DSl820 在 t后 15-60us 间对总线采样 若低电平写入的位是 0见图 2 25 3若高电平写入的位是 1见图 2 25 4连续写 2 位间的间隙应大于 1us

写位子程序(待写位的内容在 C 中)

WRBIT: PUSH B

;保存 B MOV B,#28;设置时间常数

CLR P1.0;写开始

NOP

;1US

NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US MOVPl.0,C

;C 内容到总线

WDLT:

DJNZ B,WDLT

;等待 56Us POP B SETB Pl.0

;释放总线

RET

;返回 写字节子程序(待写内容在 A 中): WRBYTB: PUSH B

:保存 B MOV B #8H

;设置写位个数

WLOP: RRC A

;把写的位放到 C ACALL WRBIT

;调写位子程序 DJNZ B WLOP;8 位全写完? POP B RET(3)读时间隙

见图 2 25 5主机总线 to 时刻从高拉至低电平时，总线只须保持低电平l 7ts。之后在 t1 时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在 t1 时刻后 t 2 时刻前有效。z 距 to 为 15捍 s，也就是说，t z 时刻前主机必须完成读位，并在 t o 后的 60 尸 s 一 120 fzs 内释放总线。读位子程序(读得的位到 C 中)

RDBIT:

PUSH B

;保存 B

PUSH A

;保存 A MOV B,#23

;设置时间常数

CLR P1.0

;读开始 图 2 25 5 的 t0 时刻

NOP

;1US

NOP

;1US

NOP

;1US

NOP

;1US

SETB Pl.0

;释放总线

MOV A,P1;;P1 口读到 A MOV C,EOH

;P1.0 内容 C NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US NOP

;1US RDDLT:

DJNZ B,RDDLT SETB P1.0 POP A POP B

;等待 46us RET 读字节子程序(读到内容放到 A 中)

RDBYTE: PUSH B

;保存 B RLOP MOV B,#8H

;设置读位数 ACALL RDBIT;调读 1 位子程序

RRC A

;把读到位在 C 中并依次送给 A DJNZ B,RLOP;8 位读完? POP B

；恢复B RET

三、多路测量

每一片 DSl820 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列号，在出厂前已写入片内 ROM中，主机在进入操作程序前必须逐一接入 1820 用读 ROM(33H)命令将该 l 820 的序列号读出并登录。当主机需要对众多在线1820的某一个进行操作时，首先要发出匹配 ROM 命令(55H，)紧接着主机提供 64 位序列(包括该 1820 的 48 位序列号)，之后的操作就是针对该 1820 的。而所谓跳过 ROM 命令即为 之后的操作是对所有 1820 的。框图中先有跳过 ROM，即是启动所有 1820 进行温度变换，之后，通过匹配 ROM，再逐一地读回每个 1820 的温度数据。在1820组成的测温系统中，主机在发出跳过ROM 命令之后，再发出统一的温度转换启动码 44H，就可以实现所有 1820的统一转换，再经过 1s 后，就可以用很少的时间去逐一读取。这种方式使其 T 值往往小于传统方式（由于采取公用的放大电路和 A D 转换器，只能逐一转换。）显然通道数越多这种省时效应就越明显。

四、实际应用 ds1820 序列号获得

;|--------------|

;|

读出 ds1820 序列号应用程序,P1.6 接 ds1820

|;|--------------| ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0020H

MAIN: MOV SP,#60H

CLR EA

;使用 ds1820 一定要禁止任何中断产生

LCALL INT

;初始化 ds1820

MOV A,#33H

LCALL WRITE

;送入读 ds1820 的 ROM 命令

LCALL READ

;开始读出当前 ds1820 序列号

MOV 40H,A

INT:

WRITE: LCALL READ MOV 41H,A LCALL READ MOV 42H,A LCALL READ

MOV 43H,A

LCALL READ

MOV 44H,A

LCALL READ

MOV 45H,A

LCALL READ

MOV 46H,A

LCALL READ

MOV 47H,A

SETB EA

SJMP $

CLR EA

L0:CLR P1.6

MOV R2,#200 L1:CLR P1.6

DJNZ R2,L1

SETB P1.6

MOV R2,#30 L4:DJNZ R2,L4

CLR C

ORL C,P1.6

JC L0

MOV R6,#80 L5:ORL C,P1.6

JC L3

DJNZ R6,L5

SJMP L0 L3:MOV R2,#240 L2:DJNZ R2,L2

RET

CLR EA

MOV R3,#8

;初始化 ds1820 子程序

;ds1820 总线为低复位电平

;总线复位电平保持 400us

;释放 ds1820 总线

;释放 ds1820 总线保持 60us

;清存在信号

;存在吗?不存在则重新来

;向 ds1820 写操作命令子程序

;写入 ds1820 的 bit 数,一个字节 8 个 bit

WR1:SETB P1.6

MOV R4,#8

RRC A

;把一个字节 data(A)分成 8 个 bit 环移给 C CLR P1.6

;开始写入 ds1820 总线要处于复位(低)状态

WR2: DJNZ R4,WR2

;ds1820 总线复位保持 16us

MOV P1.6,C

;写入一个 bit

MOV R4,#20 WR3: DJNZ R4,WR3

;等待 40us

DJNZ R3,WR1

;写入下一个 bit

SETB P1.6

;重新释放 ds1820 总线

RET

READ:

CLR EA

MOV R6,#8

;连续读 8 个 bit RE1:

CLR P1.6

;读前总线保持为低

MOV R4,#4

NOP

SETB P1.6

;开始读 总线释放

RE2:

DJNZ R4,RE2

;持续 8us

MOV C,P1.6

;从 ds1820 总线读得一个 bit RRC A

;把读得的位值环移给 A

MOV R5,#30 RE3:

DJNZ R5,RE3

;持续 60us

DJNZ R6,RE1

;读下一个 bit

SETB P1.6

;重新释放 ds1820 总线

RET 2 温度转换和读取

;|-|

;|

获取单个 ds1820 转化的温度值的应用程序,P1.6 接 ds1820

|;|-|

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0020H MAIN:

MOV SP,#60H

LCALL GET_TEMP

SJMP $ GET_TEMP:

CLR PSW.4

SETB PSW.3

;设置工作寄存器当前所在的区域

CLR EA

;使用 ds1820 一定要禁止任何中断产生

LCALL INT

;调用初使化子程序

MOV A,#0CCH

LCALL WRITE

;送入跳过 ROM 命令

MOV A, #44H

LCALL WRITE

;送入温度转换命令

LCALL INT

;温度转换完全,再次初使化 ds1820

MOV A,#0CCH

LCALL WRITE

;送入跳过 ROM 命令

MOV A,#0BEH

LCALL WRITE

;送入读温度暂存器命令

INT:

WRITE:

LCALL READ

MOV R7,A

;读出温度值低字节存入 R7

LCALL READ

MOV R6,A

;读出谩度值高字节存入 R6

SETB EA

RET

;初始化 ds1820 子程序

CLR EA

L0: CLR P1.6

;ds1820 总线为低复位电平

MOV R2,#200

L1: CLR P1.6

DJNZ R2,L1

;总线复位电平保持 400us

SETB P1.6

;释放 ds1820 总线

MOV R2,#30

L4: DJNZ R2,L4

;释放 ds1820 总线保持 60us

CLR C

;清存在信号

ORL C,P1.6

JC L0

;存在吗?不存在则重新来

MOV R6,#80

L5: ORL C,P1.6

JC L3

DJNZ R6,L5

SJMP L0

L3: MOV R2,#240

L2: DJNZ R2,L2

RET

;向 ds1820 写操作命令子程序

CLR EA

MOV R3,#8

;写入 ds1820 的 bit 数,一个字节 8 个 bit WR1: SETB P1.6

MOV R4,#8

RRC A

;把一个字节 data(A)分成 8 个 bit 环移给 C

CLR P1.6

;开始写入 ds1820 总线要处于复位(低)状态

WR2:DJNZ R4,WR2

;ds1820 总线复位保持 16us

MOV P1.6,C

;写入一个 bit

MOV R4,#20 WR3 :DJNZ R4,WR3

;等待 40us

DJNZ R3,WR1

;写入下一个 bit

SETB P1.6

;重新释放 ds1820 总线

RET

READ:

CLR EA

MOV R6,#8

;连续读 8 个 bit RE1:CLR P1.6

MOV R4,#4

NOP

SETB P1.6

RE2:DJNZ R4,RE2

MOV C,P1.6

RRC A

MOV R5,#30 RE3:DJNZ R5,RE3

DJNZ R6,RE1

SETB P1.6

RET

END

;读前总线保持为低

;开始读 总线释放

;持续 8us

;从 ds1820 总线读得一个 bit;把读得的位值环移给 A

;持续 60us

;读下一个 bit

压力/温度传感器 第5篇

对于压缩机来说, 其主要任务就是提高介质的压力。此外, 在间接测量中, 有些物理量 (如温度、流量等) , 也借助于压力测量来完成。所以, 压力的测量在压缩机主要参数的测试中显得尤为重要。传统的压力测量手段, 主要有液柱式压力计和弹性式压力计。

液柱式压力计包括U型管压力计、单管压力计和斜管微压计三种类型, 都是依据流体静力学原理, 通过压力计中液柱的压差计算出介质的压力或压差。液柱式压力计的主要特点是结构简单可靠、制造方便、价格低廉, 并且在低压范围内具有较高的准确度, 因此被广泛应用于低压、负压以及压差的测量。由于液柱式压力计的测量精度与工作液体的密度有很大的关系, 而温度与重力加速度的变化会对工作液体的密度造成一定的影响, 因此在实际测量时, 对读数要作一些修正。此外, 在要求较高的测量中, 还需考虑毛细作用对读数的影响。

弹性式压力计的工作原理是:被测压力由固定端输入后, 在介质压力的作用下, 弹性元件发生位移, 通过拉杆以及传动齿轮带动指针偏转, 显示出被测压力的大小。弹性式压力计由于其结构简单、工作可靠、价格低廉、使用方便、测压范围广、有的还可遥测及自动记录的优点, 在工业生产和实验室中均得到广泛的应用。弹性式压力计的主要缺点在于加载端容易发生泄漏、弹性元件的灵敏度较高导致抗震能力较差等等。

近些年来, 电气式压力计正在得到越来越广泛的应用。电气式压力计包括应变式电阻传感器、振弦式压力计以及电阻式压力计。应变式电阻传感器的原理是:导体或半导体在外界压力的作用下, 产生机械变形, 其电阻值将随之变化, 这种现象称为“应变效应”。把根据这种效应制成的应变片粘贴在被测材料上, 这样被测材料受到外界作用所产生的应变就会传送到应变片上, 从而使应变片上电阻丝的电阻值发生变化。通过测量电阻值的变化量, 就可推知所施加压力的大小。

振弦式压力计的原理是:振弦式压力计的敏感元件是一根被拉紧的钢弦, 其固有频率与拉紧力的大小有关。在振弦式压力计中, 弦的一端固定在支承上, 另一端与一膜片相连。工作时膜片上被施以被测压力, 钢弦则被置于永磁铁形成的磁场当中, 当钢弦被激发以自己的固有频率振动时, 就会在钢弦的两端感应出交流电势, 所发出的电压频率就是钢弦的自震频率。将这个电压放大, 用频率计测出频率, 然后根据频率再换算成被测压力数值。

电容式压力计的原理是:电容式压力计的敏感元件为弹性的膜片, 在压力的作用下, 弹性膜片发生变形, 改变了极板的间隙, 从而改变了电容的值, 通过测量电容值即可确定被测压力的大小。

与传统的压力测量装置相比, 应变式电阻传感器的优点主要在于:尺寸小、重量轻, 在测试时对试件的工作状态及应力分布影响较小;测量范围广、频率响应好, 故能进行动态压力测量。而振弦式压力计的优点主要在于:能够进行远距离传送, 且在传输过程中信号不易失真;可方便的采用数字仪表显示, 读数位数多, 精度相对比较高;频率信号可方便的转化成计算机系统的数码信号, 从而实现与计算机的联机。但是, 两者也存在着共同的缺点, 那就是在压力较大的情况下, 测量结果的非线性误差随之增大, 因此不宜在大压力下进行测量;此外, 温度对两者的测量精度都有较大的影响, 在高温下的测量结果需要进行修正。

在往复式压缩机的工作过程中, 气体的温度对于压缩机的效率有着重要的影响, 此外, 当温度过高时, 还会使得某些介质分解或发生剧烈反应, 或者使润滑油积碳, 导致燃烧、爆炸等严重后果。

测量气体的温度, 传统的方法是采用基于热膨胀原理的玻璃管液体温度计和双金属温度计。这两种温度计都具有价格相对低廉、读数直观的优点, 缺点是测温范围小, 精度相对不高, 测量结果不能远距离显示, 只能用作就地测量仪表。此外, 玻璃管液体温度计在分度时, 对于露出液柱的环境温度有一定的规定, 但在使用时, 往往所露出的液柱温度不完全与分度时的规定值一致, 这样就会引起误差;玻璃管液体温度计在使用中, 还有可能由于玻璃材料的自然老化而使得温度计的零点发生移动, 如果用零点有了位移的温度计来测量温度, 就会引起附加的测量误差, 要消除这项误差应对温度计进行定期校验。

由于传统的测量方法有着上述缺点, 近些年来, 电阻式温度计和热电偶温度计正在得到越来越广泛的应用。

电阻式温度计利用导体 (或半导体) 的电阻值随温度的变化特性来测量温度, 工业上被广泛用来测量中低温区的温度。根据电阻值随温度变化情况的不同, 测温元件分为热电阻和热敏电阻两类。前者材料为导体, 它的电阻值随温度升高而增大;后者材料为半导体, 其电阻值随温度升高而减小。其中, 半导体热敏电阻具有很高的副电阻温度系数, 其灵敏度比热电阻丝电阻高很多, 而且体积可以做得很小, 动态特性好, 特别适用于-100~300℃范围的测温。但也存在以下缺点:性能不稳定, 互换性差, 精度低, 且电阻值与温度间的关系是非线性的。其中, 热敏电阻阻值和温度的非线性关系, 是扩大测温范围和提高测量精度的关键问题。

热电偶温度计的原理是:两种不同成份的导体 (称为热电偶丝材或热电极) 两端接合成回路, 当接合点的温度不同时, 在回路中就会产生电动势, 这种现象称为热电效应, 而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量, 其中, 直接用作测量介质温度的一端叫做工作端 (也称为测量端) , 另一端叫做冷端 (也称为补偿端) ;冷端与显示仪表或配套仪表连接, 显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。与传统的测温元件相比, 热点偶温度计测量精度较高、反应较快, 可以感应微小的温度变化;与热电阻温度计相比, 热电偶在测量过程中不需要输入能量, 且测量结果与中间仪表和导线的情况无关, 可以方便的进行远距离测量。

综上所述, 随着生产过程信息化、智能化进程的加快, 电参量传感器在往复式压缩机压力和温度的测量当中, 将发挥越来越重要的作用。

摘要：结合电参量传感器在往复式压缩机压力和温度测量中的应用展开论述。

压力/温度传感器 第6篇

关键词：MCGS,数字温度传感器,组态软件,集散控制

本文系统针对用于接收、储藏焦炭的大型仓库而设计的, 将仓库的实际情况与集散控制系统原理相结合, 确立了温度巡检分布控制系统为总体设计方案, 温度感知传感器采用新型半导体Z元件开发的三端温度数字传感器、对温度巡检及调节过程控制采用监控组态软件MCGS, 控制系统的拓扑图如图1所示。

1 工艺要求

仓库有四对直径30米, 总高8.158米, 单仓容量1500吨的新建仓库, 每个仓库布控11根电缆, 每一根电缆为一组, 共11组;每根电缆上有8个温度感知传感器 (Z元件) , 两个仓库共176个测温点。全部仓测温点按三角错位设置, 构成一个立体测温网络。每个仓库有四个鼓风机。

Z元件三端温度数字传感器输出与温度值成比例的频率脉冲信号, 系统只需通过计数器记录频率脉冲信号个数, 与标准温度对应的脉冲个数比较, 决定下一步系统运行状态 (鼓风机运行状态) 。

2 温度感知传感器 (Z元件)

温度传感器作为系统中最初的感知部分, 其测量的准确性和灵敏性直接关系到整个系统的性能。传统的温度传感器 (如:热电偶式温度传感器、热电阻温度传感器、热敏电阻温度传感器等) 采集的温度值经测量放大器放大后的电压信号, 其电压范围为0～5V, 此信号为模拟信号, 必须进行A/D转换, 计算机才能接受。本文系统是采用新型半导体敏感元件Z元件开发的数字温度传感器为测温传感器。

Z半导体敏感元件是俄罗斯V.D.ZOTOV教授研制的专利技术, 是经过特殊参杂形成的特种PN结, 一种两端子的有源元件, 在0℃～+50℃环境温度有较高的输出灵敏度, 其应用电路极其简单, 而且具有输出幅度大、敏感度高、功率低、抗干扰能力强等特点, 可提供频率脉冲输出, 适合构成数字传感器。

由温敏Z元件构成的三端温度数字传感器, 如图2所示由电阻、电容和Z半导体元件组成, 电阻RL在5kΩ～30kΩ, 电容C在0.01μF～0.001μF之间选择。Z元件并联电容C组成RL, C, E充电回路。随着电容充电进行, 电容C两端的电压升高, 当电压升到阈值电压V0时, Z元件迅速进入低阻值区, 此时Z元件动态阻值很小, Z元件和C电容形成回路, 随着电容放电, 电容C两端电压迅速回到初始状态, 电容又开始重新充电, 周而复始重复上述过程, 在输出端得到与温度成比例的频率脉冲信号, 输出电压波形为如图3所示。

3 系统设计

3.1 控制系统的拓扑图

系统总体分三部分:集控层、现场控制层、现场元件层 (就地件) 。

一套数据服务器, 布置在集中控制室, 作为系统主机, 通过局域网与各现场控制层主机通信, 汇集整个系统数据、监控整个系统运行情况。

由于各仓库相距很远, 每个仓库装载焦炭的工作现状各不相同, 为了便于管理, 将整个系统设定四个控制现场, 每一对仓库为一个现场控制层, 采用研华工业控制机 (IPC-610H) , 两块PCL725, 一块PCI1780。IPC-610H配置为: CPU3.4GHz/512M内存/80G硬盘/集成显卡/52倍光驱。PCL-725 为继电器输出及隔离 D/I 半长卡, 提供了八个机电式 SPDT 继电器和八个光隔离数字量输入。 机电式 SPDT 继电器用于驱动继电器开启, 进而控制温度感知传感器 (Z元件) 的电源开启。PCI-1780是一款PCI总线的多通道计数器/定时器卡, 提供8个16位计数器通道, 记录每根电缆上8个温度感知传感器 (Z元件) 脉冲个数。

两片PCL725中11个输出与控制三端温度传感器电源运行的继电器连接, 5个输出端与控制鼓风机开启的继电器连接;PCI-1780每路计数器输入端与三端温度传感器的输出端连接, 8路与每组8个传感器输入端连接。

现场元件由温度感知传感器 (Z元件) 、鼓风机、继电器等组成。

3.2 系统控制过程

5个鼓风机编号为W1～W5, 第一仓库的第一、二组传感器对应W1, 第三、四组传感器对应W2, 第五、六组传感器对应W3, 第七、八组传感器对应W4, 第九、十、十一组传感器对应W5;第二仓库同等。

(1) 系统通过PCL725发出开关信号开启第N路三端传感器电源, 第N路三端传感器开始工作。

(2) PCI-1780采集N路8个点频率脉冲值。

(3) 累加各鼓风机对应采温点的频率脉冲值, 与标准温度对应的频率脉冲值比较, 判定各鼓风机应运行的状态, 使之运行/停止。

(4) 系统每1小时巡检一次。

3.3 巡检监控系统

每个控制现场的IPC-610H中配置一套监控组态软件MCGS, MCGS (Monitor and Control Generated System 通用监控系统) 是一套32位工控组态软件, 集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身[3]。为用户提供了大量的设备驱动程序 (包括 PCI-1780 PCL725系列驱动程序) , 设备驱动程序是由VB程序编写的DLL文件, 通过规范的OLE接口将驱动程序挂接到MCGS中, 使其构成一个整体。遵守MCGS的接口规范, 使用具有通用性和简单性的VB编制温度巡检控制系统的驱动程序。

现场采用RS-485屏蔽双绞线通信以提高传输距离和抗干扰能力, 与工控机连接端, 采用RS-232与RS-485通信方式的转换模块MOSA实现。

3.3.1 温度采集程序界面设置

利用MCGS组态软件本身的OLE自动化功能在VB应用程序中操纵MCGS组态软件的运行。 利用OLD自动化技术, 将温度采集程序和MCGS监控程序链接起来, 实现数据的传输。

界面为:建立一个工程, 包含一个窗体;窗体上建立一个文本框和一个MSComm控件, 建立一个Timer控件, 其Interval属性设为1000000 (即1000秒采一次数据)

程序为:

3.3.2 温度采集程序

温度采集程序如下:

3.3.3 MCGS监控程序组态

打开MCGS监控程序, 在“实时数据库”窗口定义一个数值型变量, 命名为:温度。将OLE与MCGS连接完成。温度采集程序和监控程序同时运行时MCGS三端温度传感器采集到的频率脉冲数据将成功的传送给MCGS监控程序。同样可以使用MCGS的“Sell”*函数在MCGS工程运行时启动温度采集程序, 使三端传感器输出的频率脉冲采集程序和MCGS看起来是一个整体。

4 结束语

Z元件构成的三端等温度传感器输出与温度值成比列的频率脉冲信号, 利用PCI-1780计数器记录脉冲个数, 减少A/D转换过程, 降低整体设计成本, 具有极佳性价比。

MCGS组态软件设计控制系统, 利用MCGS组态软件本身的OLE自动化功能及设备驱动程序库中的与计数器设备配套的设备驱动程序, 使用VB编写界面、温度采集、系统控制程序, 现场操作人员很容易掌握, 减少重复开发及人员培训的费用。

实验表明, 采用三端等温度传感器, 基于MCGS的温度巡检控制系统, 具有较高的性价比, 运行实践证明, 其性能先进、运行可靠、人机交换方便、组态工作既简单直观, 又灵活多变, 有很好的检测、监控效果。

参考文献

[1]王守宇.仓库温度检测系统[J].自动化与仪表, 2002 (1) :51-16.

[2]袁任光.集散型控制系统应用技术与实例[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[3]全中文工控组态软件MCGS用户指南[M].北京:北京昆仑通态自动化软件科技有限公司, 2005.

压力/温度传感器 第7篇

1 分布式光纤温度传感系统的原理

光纤中的Raman散射理论的研究为分布式光纤温度传感器奠定了传感的理论基础, 对传感器系统光源的选用、传感光纤的选取和信号处理系统的设计也都起着非常重要的作用。

1.1 光时域反射技术

光时域反射技术经常用于光学通信领域中评价光纤、光缆和耦合器的性能。

光时域反射计一般包括激光光源、连接被测光纤的耦合器、光学接收器、数据采集、信号处理、测量控制和结果显示部分。它的工作原理和雷达的工作原理相似:当一束窄的光脉冲通过定向耦合器进入光纤中, 由于光纤中存在折射率的微光不均匀性, 因此在光脉冲的传播过程中会连续产生瑞利背向散射, 背向散射回到入射端所需的时间相应于光脉冲在光纤中所走的距离为:

式中c是真空中的光速, n是折射率, f是采样频率。

由此式可以知道, 在t时刻测量到的是离光纤入射端距离为L处局域的背向散射光。所以说用OTDR技术可以确定光纤处的损耗、光纤故障点、断点位置, 对测量点进行定位。

1.2 分布式光纤温度传感系统的结构与解调原理

分布式Anti-Stokes Raman与Rayleigh背向散射比型光纤传感系统结构如图1所示。

该系统包括光学部分、信号采集和处理部分。光学部分由脉冲驱动电源、光纤定向耦合器、传感光纤、光学分光器件等组成。信号处理部分由光电检测、信号放大、数据采集等组成。

Anti-Stokes Raman与Rayleigh背向散射比的解调方法是采用光纤的Rayleigh散射OTDR曲线来解调Anti-Stokes Raman的OTDR曲线。

Anti-Stokes Raman散射与Rayleigh散射光子数的比值为:

设0T为已知的起始温度, 而通常情况下, Ra yleigh散射的温度效应较弱, 与Ram an背向散射的温度效应相比可忽略, 即φR (T=) φR (T0) 则

由式 (2) 对温度求偏微商, 得到相对温度灵敏度为

在实际测量时, 式 (3) 中与光子数比值相应的信号电平的比值在实验中可测到, 起始温度为己知, 则从式 (2) 可确定光纤上各点的温度。定位的方法就是用测到得各个点的值来模拟一条曲线, 用这条曲线来解调出所测得温度。与传统方法相比, 该方法提高了系统的相对温度灵敏度, 也提高了系统的测温精度, 扩展了系统的功能, 降低了系统的成本。与Anti-Stokes背向散射解调方法相比, 有相同的相对温度灵敏度, 且系统的稳定性和可靠性好。作为一种双通道测量方法, 比较实用。

2 系统设计与测试结果

针对煤矿井下的特殊情况, 可以设计如下的现场设备安装系统图, 如图2所示。

在安装的过程中, 我们将分布式光线传感检测设备放到被测点, 对被测点实施实时测量。光路部分采用脉冲激光发生器, 它能产生间隔为12.2ns的1320nm波长的脉冲光。通过1个光耦合器分离反射回来的散射光, 其中反射回来的Raman散射光被光电二极管检测到。反射信号被放大和调制后, 通过高速的A/D转换, 送到计算机采样处理。因为Raman散射光与温度相关, 所以可以通过电压的变化, 求得温度的变化。

测量传感系统的温度解析度为1℃, 空间解析度为1.5M;扫频光源的输出功率为3MW, 大于Raman散射2.45W的功率要求。测试结果如图3所示, 在加热区, 测量温度出现明显的变化, 该变化与人工测试结果基本吻合。

3 结论分析

本方案采用分布式光纤温度传感系统对煤矿井下温度进行测量, 获取并分析了相关的参数。该方案最大的优势就是采用一套检测装置对光纤所能到达的所有地方的温度进行测量, 光纤本身被作为传感器使用。该测温系统与传统的热电耦测温模式相比, 具有系统简单、投资成本低、易于现场施工等特点, 由于光纤本身具有本质安全防爆、抗电磁干扰、耐腐蚀等特性, 所以适宜在煤炭行业推广应用。

摘要：本文利用光纤温度传感器来实现对煤矿井下温度的智能测量, 着重讨论了光纤温度传感器的原理、特点以及它的使用方法。通过获取测量中的温度参数并与实测的数值进行比较, 检验了基于分布式温度测量系统在生产现场的可行性。

关键词：光纤温度传感器,煤矿,温度测量

参考文献

[1]李芙玲, 郭红.煤矿井下智能温度测量系统的研究[J].煤矿机械, 2007, 28 (8) :97～99.

[2]徐健, 马宾.分布式光纤温度传感系统在煤矿冻结表土段温度测量中的应用[J].工矿自动化, 2007, 4.

[3]王慧文, 江先进, 赵长明, 等.光纤传感技术与应用[M].北京:国防工业出版社, 2001.

[4]张良瑞.在红点区域的红外测温中光纤传感器的应用[J].陕西科技大学学报, 2003.

压力/温度传感器 第8篇

1、STM32内部温度传感器

意法半导体集团 (ST) 当前推出的STM32是基于ARM突破性的Cortex-M3内核的32位微控制器系列。Cortex-M3瞄准单片机领域和嵌入式应用, Thumb-2指令集以其先进的结构特性以减少的代码占用空间和行业领先的高性能, 为业界带来了一个小巧、低功耗的理想平台。STM32更是以丰富而高性能的外设以及汽车级的稳定特性等优势正使越来越多的从业者采用其作为控制核心。[1,2,3]

STM32有一个内部温度传感器, 可以用来测量CPU及周围的温度 (AT) 。温度传感器在内部和ADCx_IN16输入通道相连接, 此通道将传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器的采样时间推荐为17.1 sm。

当没有被使用时, 传感器可以置于关电模式。必须设置T S V R E F E位使能内部通道:A D C x_I N 1 6 (温度传感器) 和ADCx_IN17 (VREFINT) 的转换。温度传感器电压随温度线性变化。精确度为±1.5℃, 支持的温度范围为-40℃~125℃。[4]

使用传感器读温度的一般步骤为:

(1) 选择ADCx_IN16输入通道。

(2) 选择采样时间为17.1 sm。

(3) 设置ADC控制寄存器2 (ADC_CR2) 的TSVREFE位, 唤醒关电模式下的温度传感器。

(4) 通过设置ADON位启动ADC转换 (或用外部触发) 。

(5) 读取ADC数据寄存器中产生的VSENSE数据。

(6) 利用下列公式得出温度:

温度 (℃) = ({V25-VSENSE) /Avg_Slope}+2 5 (1) [4]

这里:

V25=VSENSE在25℃时的数值

Avg_Slope=温度与VSENSE曲线的平均斜率 (单位为mV/℃或mV/℃)

此公式实际上是由VSENSE和温度AT的线性关系推导出来的。VSENSE随AT增长而线性减小, 其夹角a的正切tanα即为曲线的平均线率Avg_Slope, 线上任意一点满足公式 (1) 。

温度传感器各参数如表1所示:

传感器从关电模式唤醒后到可以输出正确水平的VSENSE前, 有一个启动时间。ADC在上电后也有一个启动时间, 因此为了缩短延时, 应该同时设置ADON和TSVREFE位。

2、STM32温度测量系统

硬件系统为以STM32F103VC为核心的开发板, 外设资源丰富, 调试方便。为减少其它部分影响, 本实验只用到最小系统驱动LCD1602字符液晶。

主程序的流程图如图1所示:

程序是基于STM32F10x标准外设驱动库3.1.2版本的, 直接调用库函数, 因而易读性强, 移植性好。

温度传感器的配置程序只需在ADC配置函数void ADC_Config (void) () 中修改添加以下代码:

// (修改代码) 通道ADC1_IN16, 采样时间为最大的239.5周期, 第1次转换

ADC_RegularChannelConfig (ADC1, ADC_Channel_16, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5) ;

// (添加代码) 使能温度传感器和内部参考源

ADC_TempSensorVrefintCmd (ENABLE) ;

以上2条语句是温度传感器需要在一般ADC配置程序中重点修改添加的部分, 选用温度传感器所占用的通道并设置最大的采样周期, 实验证明, 设置小了会不工作或有一定误差。而使能温度传感器和内部参考源语句是一般ADC程序不需要的, 它使得ADC1_IN16、ADC1_IN17内部通道与TSVREFE控制位相连接。

数据处理函数程序如下:

由于温度传感器是12位ADC的一个通道, 参考电压为3.3V, 所以先计算AD值如第一行语句。根据实验, 得出公式1中的V25=1380m V, Avg_Slope=4.3m V/℃, 为了避免进行浮点运算并且需要得到小数点后一位温度值, 所以如第二行语句中得温度值扩大为原来的10倍。

在STM32器件旁1cm处摆放水银温度计, 量程-27℃~50℃, 精度±0.5℃, 利用电风扇和电吹风机对STM32器件周围进行冷热吹风改变其温度, 测量结果如下表2所示:

由上表可以看出, 传感器值-温度计值以25度为符号改变分界点, 这主要是由公式 (1) 造成的。

3、结语

通过对STM32内部温度传感器的特性进行了研究, 在现有开发板的硬件基础上进行了实验, 从而确定了温度公式的重要参数。对关键代码进行了分析, 代码采用调用ST官方标准外设驱动库函数的形式, 使得用户代码简洁且具有很好的可读性和兼容性。最终实现了温度测量系统并进行了一组温度测量、对比与分析。此方法适用所有的STM32系列微处理器, 具有很好的通用性。

参考文献

[1]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京航空航天大学出版社, 2008:1-5.

[2]王永虹, 徐炜, 郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M]北京:北京航空航天大学出版社, 2008:2-8.

[3]彭刚, 秦志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践[M].北京:电子工业出版社, 2011:1-3.

液压传感器温度补偿方法 第9篇

1 液压传感器的工作原理

柳州欧维姆机械股份有限公司制作的液压传感器主要由导力环、弹性体、专用惰性液体、液压变送器组成。通过特殊工艺, 将专用惰性液体密实地充满弹性体的空腔, 导力环及弹性体的结构保证压力能很好地传递到专用惰性液体上, 液压变送器为离子溅射薄膜液压传感器, 能精确地测量出弹性体腔内液体的压强并转化为电流信号输出, 传感器压力与输出电流呈线性关系, 通过标定, 可建立压力与电流值一一对应关系, 这样只要测出电流信号值便可得到压力值。

2 试验结果

温度试验中, 选用柳州欧维姆机械股份有限公司制作的CLY型液压传感器, 其具体参数为:内径244 mm, 外径399 mm, 高度80 mm。

试验在柳州欧维姆机械股份有限公司技术中心实验室的12 000 kN拉索静载试验台架上进行。试验装置包括电动油泵、千斤顶、锚固力传感器、液压传感器、保温套筒以及加热设备。试验方法为:采用加温设备将温度从环境温度 (本次试验环境温度为31 ℃) 依次加热到35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃。在每次温度稳定后, 将液压传感器的承载力从50 kN左右, 加载至200 kN, 再逐级加载200 kN, 直至1 000 kN, 然后再逐级卸载200 kN, 到50 kN左右, 此为一次加载循环。每个温度做三次循环, 取平均值, 对测量结果进行比较 (见表1) 。

由试验数据可知, 随着温度的升高, 相同压力下的电流值也在逐渐增大, 并且二者呈线性关系。使用Matlab软件进行拟合分析, 可以分别得出温度为31 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃时的电流 (I) —力值 (T) 之间的关系, 见图1。

当温度为31 ℃时, 电流—力值关系为:T=243.443I-1 109.784。

当温度为35 ℃时, 电流—力值关系为:T=242.095I-1 107.497。

当温度为40 ℃时, 电流—力值关系为:T=241.684I-1 110.384。

当温度为45℃时, 电流—力值关系为:T=240.904 I-1 110.367。

当温度为50℃时, 电流—力值关系为:T=239.596 I-1 106.169。

取算术平均值, 可以得出电流—力值关系的一般表达式:

T=241.544I+C考虑温度影响, 故设C=f (t) =kt+R, 得:

T=241.544 I+C=241.544 I+f (t) =241.544 I+kt+R。

其中, k, R均为常数项;t为温度。

对f (t) =kt+R进行拟合, 得出:f (t) =0.09 t-1 112.473。

故最终得出的温度补偿公式为:

T=241.544 I+0.09 t-1 112.473。

3结语

本文提出了一种温度补偿方法, 该方法的优势在于:根据给定条件的情况下测得的电流值, 环境温度, 直接得出液压传感器所受的压力值, 通过直接测温并利用温度补偿公式对温度进行补偿, 可以减小温度对液压传感器的影响, 提高测量精度。简化了工作程序, 减少了测量工作量。

参考文献

[1]魏祥武.压力传感器温度补偿新技术的研究[J].北方交通, 2009 (6) :152-154.

[2]郑凌蔚, 宁康红, 吴晨曦.一种振弦式传感器温度补偿新方法及其实现[J].杭州电子科技大学学报, 2006, 26 (6) :75-78.