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基于單片機(jī)控制的熱源自動測試儀
2012-12-24
在藥品質(zhì)量監(jiān)測過程中，熱源反應(yīng)的測溫是一項重要內(nèi)容。藥品檢測有其特殊性，對測試系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、一致性和線性度等指標(biāo)有著較高的要求。傳統(tǒng)老式儀器大多是各類溫度計，測試效率和精度都難如人意。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測要求，研制了基于單片機(jī)控制的熱源自動測試儀，實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)自動巡回測試30路熱源，滿足了現(xiàn)場測溫準(zhǔn)確穩(wěn)定的高標(biāo)準(zhǔn)要求，成功地完成了藥檢實驗室測試儀器的更新?lián)Q代。
為了保證儀器測溫的精度、穩(wěn)定性和線性度等指標(biāo)，在硬件上主要采取了2個方面的措施。一方面是選擇合適的溫度傳感器，溫度傳感器的參數(shù)性能，是整機(jī)性能能否達(dá)到設(shè)計要求的關(guān)鍵。作為計量儀器不宜選用一般的PN結(jié)溫度傳感器，因為其測溫精度、穩(wěn)定性、線性度和一致性都相對較差，不能滿足設(shè)計的要求。這里選用了集成溫 度傳感器AD590KH，其測溫精度為0．1℃，測溫分辨率為0．01℃，非線性度在0～150℃范圍小于0．5％，其參數(shù)性能保證了現(xiàn)場采集的熱源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓信號后的數(shù)據(jù)精度、穩(wěn)定性和線性度均高于計量標(biāo)準(zhǔn)。此外，集成溫度傳感器AD590具有一致性較好特點，用戶在儀器使用一定時間后，可方便地自行更換探頭。另一方面，在信號選擇、傳送、放大和A/D轉(zhuǎn)換的過程中，不可避免地要引入一些干擾，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的誤差。為了確保儀器整機(jī)性能指標(biāo)符合計量標(biāo)準(zhǔn)要求，對儀器前向通道的結(jié)構(gòu)，器件性能參數(shù)指標(biāo)的選擇上都提出了較高的要求，在軟件設(shè)計上，采用了數(shù)字濾波與線性軟件校正等手段。
儀器設(shè)計要求測溫分辨率為0．01℃，測溫范圍為30～40℃，放大器輸出電壓范圍為0～10 V。由于系統(tǒng)對測溫參數(shù)性能要求很高，為了達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，放大器采取對信號進(jìn)行差值放大，差值放大的增益越高，儀器測溫輸出結(jié)果的分辨率和靈敏度就越高，這里把AD524的增益設(shè)定為100倍。把30℃溫度的測溫電壓值作為高性能基準(zhǔn)電壓源LM399的基準(zhǔn)電壓值Vr接到儀器放大器AD524的反相輸入端，作為測溫零刻度參考點(LM399的零漂和失調(diào)電壓均小于5 PPM/℃)，儀器放大器同相端接實際現(xiàn)場測器輸入電壓變化為10 mV，輸出電壓變化為1 V；溫度每變化0．1℃，儀器放大器輸入電壓變化為1 mV，輸出電壓變化為100 mV；溫度每變化0．01℃，儀器放大器輸入電壓變化為0．1 mV，輸出電壓變化為10 mV。
作為一個高性能的計量儀器，對放大器增益的穩(wěn)定性、失調(diào)電壓、零漂和非線性失真等參數(shù)要求極高，不宜于選用一般精度的運(yùn)放作為放大器，否則可能由于運(yùn)放對信號放大這一環(huán)節(jié)帶來的誤差，使儀器的參數(shù)指標(biāo)性能下降，達(dá)不到計量標(biāo)準(zhǔn)。本儀器選用了高性能參數(shù)的AD524作為儀器放大器，AD524的零漂、失調(diào)電壓和非線性失真等參數(shù)指標(biāo)值極小，使AD524在放大信號過程中產(chǎn)生的誤差，在本儀器所要求性能參數(shù)的數(shù)量級上可忽略不計。
實踐表明，基于上述思路構(gòu)建的測試系統(tǒng)是正確的、可行的，近半年的時間研制出了該儀器，并使其在以后的穩(wěn)定運(yùn)行中滿足了設(shè)計要求。在系統(tǒng)允許一個探頭測量溫度數(shù)據(jù)時間為幾秒時，使用V/F轉(zhuǎn)換器，既可以降低儀器成本，又提高了系統(tǒng)性能。來源 熱像儀 http://easygofood.com/
為了保證儀器測溫的精度、穩(wěn)定性和線性度等指標(biāo)，在硬件上主要采取了2個方面的措施。一方面是選擇合適的溫度傳感器，溫度傳感器的參數(shù)性能，是整機(jī)性能能否達(dá)到設(shè)計要求的關(guān)鍵。作為計量儀器不宜選用一般的PN結(jié)溫度傳感器，因為其測溫精度、穩(wěn)定性、線性度和一致性都相對較差，不能滿足設(shè)計的要求。這里選用了集成溫 度傳感器AD590KH，其測溫精度為0．1℃，測溫分辨率為0．01℃，非線性度在0～150℃范圍小于0．5％，其參數(shù)性能保證了現(xiàn)場采集的熱源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓信號后的數(shù)據(jù)精度、穩(wěn)定性和線性度均高于計量標(biāo)準(zhǔn)。此外，集成溫度傳感器AD590具有一致性較好特點，用戶在儀器使用一定時間后，可方便地自行更換探頭。另一方面，在信號選擇、傳送、放大和A/D轉(zhuǎn)換的過程中，不可避免地要引入一些干擾，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的誤差。為了確保儀器整機(jī)性能指標(biāo)符合計量標(biāo)準(zhǔn)要求，對儀器前向通道的結(jié)構(gòu)，器件性能參數(shù)指標(biāo)的選擇上都提出了較高的要求，在軟件設(shè)計上，采用了數(shù)字濾波與線性軟件校正等手段。
儀器設(shè)計要求測溫分辨率為0．01℃，測溫范圍為30～40℃，放大器輸出電壓范圍為0～10 V。由于系統(tǒng)對測溫參數(shù)性能要求很高，為了達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，放大器采取對信號進(jìn)行差值放大，差值放大的增益越高，儀器測溫輸出結(jié)果的分辨率和靈敏度就越高，這里把AD524的增益設(shè)定為100倍。把30℃溫度的測溫電壓值作為高性能基準(zhǔn)電壓源LM399的基準(zhǔn)電壓值Vr接到儀器放大器AD524的反相輸入端，作為測溫零刻度參考點(LM399的零漂和失調(diào)電壓均小于5 PPM/℃)，儀器放大器同相端接實際現(xiàn)場測器輸入電壓變化為10 mV，輸出電壓變化為1 V；溫度每變化0．1℃，儀器放大器輸入電壓變化為1 mV，輸出電壓變化為100 mV；溫度每變化0．01℃，儀器放大器輸入電壓變化為0．1 mV，輸出電壓變化為10 mV。
作為一個高性能的計量儀器，對放大器增益的穩(wěn)定性、失調(diào)電壓、零漂和非線性失真等參數(shù)要求極高，不宜于選用一般精度的運(yùn)放作為放大器，否則可能由于運(yùn)放對信號放大這一環(huán)節(jié)帶來的誤差，使儀器的參數(shù)指標(biāo)性能下降，達(dá)不到計量標(biāo)準(zhǔn)。本儀器選用了高性能參數(shù)的AD524作為儀器放大器，AD524的零漂、失調(diào)電壓和非線性失真等參數(shù)指標(biāo)值極小，使AD524在放大信號過程中產(chǎn)生的誤差，在本儀器所要求性能參數(shù)的數(shù)量級上可忽略不計。
實踐表明，基于上述思路構(gòu)建的測試系統(tǒng)是正確的、可行的，近半年的時間研制出了該儀器，并使其在以后的穩(wěn)定運(yùn)行中滿足了設(shè)計要求。在系統(tǒng)允許一個探頭測量溫度數(shù)據(jù)時間為幾秒時，使用V/F轉(zhuǎn)換器，既可以降低儀器成本，又提高了系統(tǒng)性能。來源 熱像儀 http://easygofood.com/
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