整流變壓器油溫測控系統(tǒng)

1、整流變壓器油溫測控系統(tǒng)魏權(quán)利青島化工學(xué)腱本文論述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和實(shí)現(xiàn)方法，提出在單片機(jī)溫度測控系統(tǒng)中，利用電阻傳感器的線性他電路，利用戟、硬件相結(jié)臺(tái)等技術(shù)提高系統(tǒng)的測控精度可靠性、安全性和抗干抗能力等關(guān)詞單片機(jī)整流變壓善線性他電路剝控精度一、概述整流變壓器是碟化硅爐加熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，通過它將高壓交流干伏變換為伏的交流電壓經(jīng)整流柜整流后給碳化硅加熱爐供電，肖流輸出電壓為伏電流約。該變壓器一：作時(shí)其油溫小二姒時(shí)，土控制臺(tái)可以調(diào)檔升壓：油溫在，之間，主控制臺(tái)不得升壓；油溫超過讎。時(shí)，必須切斷動(dòng)力電源。為保證整流變壓器的安全和高效率運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行時(shí)的油溫實(shí)測值進(jìn)行相應(yīng)的控制。要提高該系統(tǒng)作的可靠

2、性、穩(wěn)定性及其測控精度，傳感器的線性度、測量精度和溫度穩(wěn)定性等指標(biāo)是關(guān)鍵。本系統(tǒng)利用鉑電阻將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化進(jìn)行溫度測量，而且這一變化是一個(gè)非線性過程，當(dāng)溫度范圍在其函數(shù)表達(dá)式為：（：。（）其中：×。一×。這一過程將直接影響著系統(tǒng)的測量精度，當(dāng)然強(qiáng)屯磁場的業(yè)環(huán)境同樣對系統(tǒng)的測控精度與穩(wěn)定性也產(chǎn)生較人的影響，這是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是廊考慮的廈要問題。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的高謎發(fā)艘，持別是單片機(jī)的闖世與系列化，其具有運(yùn)算速度越來越快、體積越來越小、價(jià)格便宜、功能不斷增強(qiáng)與完善、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在一些測控規(guī)模較小的場合使單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理核心和控制中心不適為種最佳的選

3、擇。同時(shí)使用單片機(jī)，也可以利用軟件技術(shù)來解決確定性擾和隨機(jī)干擾對測控系統(tǒng)精度及作穩(wěn)定性的影響，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度和實(shí)時(shí)性，使系統(tǒng)安全可靠地完成預(yù)定的測控目標(biāo)。光電隔離器。介光電隔離器可一一卜“魚片機(jī)太歲；晶黑、圖一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框幽并：！本系統(tǒng)主要任務(wù)是將卜鈾電阻隨溫度變化的菲線性電阻值經(jīng)電阻傳感器線性化電鉀路，轉(zhuǎn)化為一的模擬電壓，輸入劍模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)處理運(yùn)算后進(jìn)行顯示、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、完成規(guī)定的操作。同時(shí)根據(jù)季節(jié)的變化也可以重新設(shè)置整流變斥器溫度的上限閥值，以使變樂器在高教率狀態(tài)運(yùn)干：，紺能醉耗。二、系紈的硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)由單片機(jī)，模，數(shù)轉(zhuǎn)換器，電阻傳感器線性化電路，鍵盤顯

4、示器管理電路，×小鍵盤位顯示器，程序存儲(chǔ)器和執(zhí)行電路等組成。主要分為主機(jī)系統(tǒng)、溻度信號(hào)測量、系統(tǒng)的擰制顯示和執(zhí)行電路等部分。系統(tǒng)框圖見圖一。該硬件結(jié)構(gòu)的地塒總線（）由，。細(xì)成，但單片機(jī)的口需經(jīng)鎖存器通過信鎖存，接到電阻傳感器線性化電路的輸出級(jí)。、電阻傳感器的線性化電路及輸出紱電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為屯壓的變化，通常聚川的電路見圖二。這里。，取，二，凡。變化時(shí)，則電橋的輸出為：壙萬號(hào)塋二基本電路閣顯然時(shí)，“卸，則此點(diǎn)稱為零點(diǎn)。在分析計(jì)算時(shí)認(rèn)為，將二式州泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略高次項(xiàng)可得籀一。其中鉑，鼉性誤差為、一一顯然越大，誤差越太。由（】式也知降也愈多。若能使增加，則可彌補(bǔ)的降，也改善了電橋

5、的非線性。引入負(fù)反饋電橋可達(dá)到著這一目的（見圖三）。圈一電阻傳感器線性化電路竹原理：！時(shí)，即電橋達(dá)列平衡時(shí)，：?。ǘ?！二（）”，。（。）。：，。；、作為電橋的供電電源保證，電路的止?！咀?。當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，。也發(fā)生相麻的變化，。、。隨之變化，即：一一。，結(jié)果使。與基本成線性變化，其實(shí)質(zhì)是利用負(fù)反饋減小了線性失真。根據(jù)圖二在滿足關(guān)系式：（。）時(shí)，則可推導(dǎo)出：”一型豢拳盟，志，之（坷。）。在上圈中，扎是一個(gè)反相電壓跟隨器，故取，由上述條件可得：（）：吣（志素（）一鉑電阻使用時(shí)要求其丁作電流小于以減小通過鉑電阻的電流過人而引起的溫度效應(yīng)對測量帶米的誤差，故取，。由阱上條件和公式，取心。，且考慮到集成遠(yuǎn)放

6、輸入漏電流對電路產(chǎn)生的影響，要求：二：蘭：！竺馬尺時(shí)計(jì)算電路的參數(shù)如：凡，：，如，（。，：（二絲二凡該溫度傳感器的模擬輸出電壓為，測囂的溫度范圍在，使用時(shí)常溫在附近，結(jié)合鉑電阻的溫度特性和電路的實(shí)際特性，凋節(jié)電路的相應(yīng)電位器，使測量電路在的誤差為零，！轉(zhuǎn)換系數(shù)為。故當(dāng)時(shí)，使。上述表達(dá)式是在認(rèn)為集成運(yùn)放為理想的情況推導(dǎo)而得的。為電橋平衡調(diào)節(jié)電位器，。、，、。集成運(yùn)放平衡調(diào)節(jié)電位器，毗為反歸饋深度調(diào)節(jié)電位器。輸出級(jí)電路利用集成運(yùn)算放大器組成的同相比例電路且比例系數(shù)通過電位器可調(diào)。主要起隔離緩沖作用，調(diào)節(jié)輸出電壓，減小負(fù)載對線性化電路的影響。輸入為。輸出為。、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（）與單片機(jī)的連接該電路完成

7、將電阻線性化電路輸出的模擬電壓通過。輸入轉(zhuǎn)化為的數(shù)字信號(hào)，輸出到單片機(jī)中進(jìn)行處理。的信號(hào)是單片機(jī)的信號(hào)經(jīng)二分頻電路獲得的。通道選擇信號(hào)、與地址線低位相連數(shù)據(jù)輸出線與連接。用單片機(jī)的：與（。）控制信號(hào)均為低電平時(shí)，使鎖定通道號(hào)并啟動(dòng)開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束的，可以查詢此信號(hào)或利用此信號(hào)向進(jìn)行中斷申請完成數(shù)據(jù)的讀取，本系統(tǒng)利用延時(shí)等待的方式讀取的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，節(jié)省連線，提高系統(tǒng)的可靠性。在時(shí)鐘頻率為時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為許輸出信號(hào)（）為高電平而讀鞍數(shù)據(jù)。、鍵盤與顯示器（）實(shí)現(xiàn)電路。讀的轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)時(shí)在地址線，與控制線（、。）同時(shí)為低電平時(shí)，使的允鍵盤、顯示器電路主要完成接收控制命令利修改作參數(shù)，顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)及

8、實(shí)時(shí)測最的溫度值。沒置為左邊輸入顯示外部鍵掃描方弋的艘鍵互鎖。使讀鍵盤、顯示均由電路本身完成，節(jié)省單片機(jī)的時(shí)問開銷。顯示為位七段顯示器。的、”。，的輸出經(jīng)障碼器產(chǎn)生序列信號(hào)控制各的共陰極，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。其數(shù)據(jù)輸出口、經(jīng)驅(qū)動(dòng)器輸出劍再段。鍵盤為陣列，共鍵。于描信號(hào)來自上述譯碼器覃。、寸。，同掃信號(hào)送到芯片的回掃信號(hào)輸入端。、驅(qū)動(dòng)電路控制信號(hào)從、。，輸出。，的組態(tài)驅(qū)動(dòng)圍態(tài)繼電器（）控制切斷整流變壓器動(dòng)力電源。其它二：個(gè)組態(tài)送上微機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)取值組合和功率的供給需求來控制疊流變甩器的調(diào)檔情況，報(bào)警和入于項(xiàng)等處理。、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展因單片機(jī)芯片內(nèi)無，所以磊統(tǒng)擴(kuò)展片。用單片機(jī)控制信號(hào)二、軟什設(shè)計(jì)流及

9、其功能內(nèi)部和端口地址分配：堆棧指針初值：圈四士程序流捍躅接此芯片豹允許輸出信號(hào)端），進(jìn)行片迸。顯示存儲(chǔ)單元：端口地址：數(shù)據(jù)端口一控制與狀態(tài)端的。通道地址：？）的數(shù)據(jù)端口地自：、主程序的功能及其流程圖流稃圖見圖五。完成的功能主要有：的初始化、預(yù)置系統(tǒng)的初始狀態(tài)、沒置堆棧指針、顯示系統(tǒng)的：作狀態(tài)及采集的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償，線性電阻傳感器系數(shù)的確定，計(jì)算輸出的數(shù)字信號(hào)所代表的實(shí)際溫度值。線性化電阻傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)為。（。）。的轉(zhuǎn)換系數(shù)（。一）。（）（即：的分辨率）。故系統(tǒng)轉(zhuǎn)換系數(shù)（），所以測試溫度的理想輸山值輸出的數(shù)字量。其中用單字符二進(jìn)制小數(shù)表示的輸出數(shù)字量為單字節(jié)的一進(jìn)制整數(shù)兩者的乘積用雙字節(jié)

10、二進(jìn)制數(shù)整數(shù)和小數(shù)各占一個(gè)字符。將此雙字節(jié)數(shù)轉(zhuǎn)換為四位碼十進(jìn)制數(shù)，經(jīng)譯碼后送锃示，其格式為××××。其中小數(shù)部分編群的算法如：（）一，。一舯【：，田一扣，：轉(zhuǎn)換要求（）（）。（實(shí)際只能做到近似相等）。同時(shí)對兩側(cè)乘，再根據(jù)整數(shù)部分與小數(shù)部分分別相等的原【，！【口了依次求出，：。越大，精度越高，編程時(shí)。對于因電路本身的元器件產(chǎn)生的尉有偏籌可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換系數(shù)和線性化電阻電路輸出級(jí)的放大倍數(shù)來消除。完成采樣的實(shí)際溫度值與規(guī)定遙值的比較任務(wù)，以產(chǎn)生相應(yīng)的操作信號(hào)。其組態(tài)見表一。、鍵盤中斷服務(wù)予程序功能及其流樣圖（惻五）用于檢查和修改系統(tǒng)設(shè)置的溫度閥值。修改數(shù)據(jù)的格

11、式為，的格式為葉十木；檢查，敲：敲。其為特征符為確認(rèn)符。只有按此規(guī)定敲入的命令才能被系統(tǒng)所接收。、顯示子程序功能及其流程圖（圖六）采集現(xiàn)場溫度的顯示：其格式為廠：檢套閥值的顯示：格式為¨，格式為。修改閥值的硅示：格式為¨，格式為柑。、接收子程序功能及其流程剴（幽七）控制的轉(zhuǎn)換過程，兩次讀取采樣數(shù)據(jù)且時(shí)間間隔為市電電網(wǎng)的、，個(gè)周期以減小頻強(qiáng)電對采樣數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾。求其平均值作為采樣的最終結(jié)果。艟五中斷服務(wù)程序流程圖圈六顯示子利序流群圈圈七接收程序流程圖四、提高系統(tǒng)的測拄精度和可靠性采取的措施利崩舉片機(jī)、采蹦軟件技術(shù)與硬件技術(shù)相結(jié)臺(tái)的方法進(jìn)行有效的抑制。、解決確定性的干擾頻強(qiáng)電

12、干擾通過其半周期的間隔采樣求均值的方法來抑制；對于岡電路本身帶來的固有誤差，先緊密儀器測量誤差大小進(jìn)行分析，再通過修改轉(zhuǎn)換系數(shù)來解決：對丁屯路本身器件產(chǎn)生的非線性誤差，進(jìn)行測試，分析誤籌規(guī)律，利用函數(shù)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ岣邷y量精度。完成的操作無操作可以升七不能切斷動(dòng)力電源、隨機(jī)干擾的抑制（表一）控制信號(hào)組態(tài)與操作對，一個(gè)給定的系統(tǒng)來講，測量范圍總是落在某一醫(yī)段。本系統(tǒng)的止常測試溫度在，調(diào)試可使的測蓬誤差為零，這樣在正常的測試范圍內(nèi)誤差較小。系統(tǒng)電源的：作穩(wěn)定性對測量精度也起著舉足輕重的作；。對直流使用微機(jī)抗干擾電源，且對交流市電進(jìn)行穩(wěn)壓、濾波，并接壓敏電阻來吸收浪涌電流。采用合理的接地技術(shù)。數(shù)字地、模擬地先分別連接最后在一點(diǎn)匯接。信號(hào)地與電源地先分別連接，最后在一點(diǎn)匯接。做到地線短而粗。驅(qū)動(dòng)電路使用固態(tài)繼電