專利名稱：智能溫度儀表校驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多功能智能溫度儀表校驗儀，適用于石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領域，可以對測溫控溫系統(tǒng)中的溫度傳感器、控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)進行調整、校準和測試。
背景技術：
目前國內對溫度傳感器和溫度測控系統(tǒng)進行調整、校準和測試大部分均使用標準電阻箱作電阻信號源，用電子電位差計提供毫伏信號或用其它標準信號源。由于使用多種儀器進行校驗致使校驗工作的精度和可靠性受到影響，尤其在工作現(xiàn)場進行校驗更是有許多不便之處。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種可在石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領域中對擔負重要測控任務的測溫控溫系統(tǒng)中的溫度傳感器、控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)進行調整、校正、檢修、維護的智能溫度儀表校驗儀。它克服由多種儀器進行校驗致使校驗工作的精度低和可靠性差等不足，實現(xiàn)了一機多用，尤其使在工作現(xiàn)場進行測試成為可能。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術方案智能溫度儀表校驗儀是以單片機為核心配置輸人輸出接口電路的智能儀器。采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機對話功能。用戶可以將要測量和顯示的各項數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到儀器中，儀器根據(jù)用戶的要求進行輸入或輸出操作，并將其結果在顯示器上顯示。例如，用戶要求輸出信號，只要鍵入要輸出的信號值(這個信號值可以是某個電壓值或者是某個溫度值)，顯示器將顯示互相對應的信號值，并輸出信號。對輸入信號的測量是將被測量的對象接入輸入端子，按功能鍵實現(xiàn)測量，將其測量值在顯示器上顯示。由于五種熱電偶的毫伏值與溫度值是非線性關系，其對應關系是用表格形式反映出來的。在硬件電路設計中將程序存儲器擴充到64K。用4片27C256 EPROM用作存儲程序和數(shù)據(jù)表格的存儲，8155作為電阻網(wǎng)絡選擇輸出接口，通過軟件編程對8155操作得到需要輸出的電阻值。由于需要對外輸出直流電壓、電流信號，而且要求高精度的信號輸出，故采用了AD669 16位的D/A數(shù)模轉換器，作為0-200mV DC、0-10VDC的輸出；采用AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)路輸出。
本實用新型適用于傳感器與測控系統(tǒng)校驗、測試、調整，是多功能綜合性智能儀表。在石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領域中，可用于傳感器與測控系統(tǒng)的校驗。儀表校驗儀克服了多種儀器進行校驗致使校驗工作的精度低和可靠性差等不足，實現(xiàn)了一機多用，其體積小、攜帶方便、抗干擾能力強，精度可達0.01％。尤其適用于現(xiàn)場傳感器與測控系統(tǒng)的校驗。


圖1是本實用新型的鍵盤顯示電路圖(人機接口)圖2是本實用新型數(shù)模轉換電路圖(后向通道)圖3是本實用新型模數(shù)轉換電路圖(前向通道)具體實施方式
參照圖1，由于本機要求的輸入輸出參數(shù)較多，考慮到保證系統(tǒng)的精度要求，需要采用12位LED數(shù)據(jù)顯示，由0-9數(shù)字鍵及功能鍵組成鍵盤，選用8279作為鍵盤及顯示器接口。單片機89C52的ALE引腳與可編程鍵盤、顯示器接口電路8279的CLK相連作為時鐘信號；P2.7與8279的CS連接，CS＝0時8279被選中；兩片的WR、RD對應相連；8279的IRQ經(jīng)非門電路與89C52的INT1連接作為中斷申請信號，高電平有效；P0口與8279的數(shù)據(jù)口DB0-DB7對應連接，在單片機與8279之間傳遞命令和數(shù)據(jù)，P0口經(jīng)八D鎖存器74LS373輸出單線信號給8279的A0，A0＝0時在單片機與8279之間傳遞數(shù)據(jù)，否則為命令?？删幊替I盤、顯示器接口電路8279輸出口SL0-SL3經(jīng)4-16線74LS154譯碼器輸出掃描信號作為鍵盤列掃描信號，由RL0、RL1取得行信號可獲得按鍵代碼，掃描信號經(jīng)75452非門對共陰極數(shù)碼管位掃描，由8279的OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3輸出顯示信號數(shù)據(jù)給六緩沖器74LS07作為數(shù)碼管的段選碼，完成動態(tài)掃描。
參照圖2，本校驗儀要求輸入輸出的直流電壓電流信號精度較高，故選用美國AD公司生產的AD669 16位數(shù)模轉換器，該數(shù)模轉換器具有高性能價格比、應用廣泛等特點，與89C52的接口電路也較簡單。4-20mA電流輸出電路與此類似，用的是美國AD公司生產的AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)輸出的數(shù)模轉換器，當輸入零到滿量程時，LOOP RTN腳可獲得相應的4-20mA電流。單片機89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接經(jīng)3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y5給出數(shù)模轉換器AD669片選信號；89C52的P0口經(jīng)LS373以及P0口分時給出AD669的16位輸入數(shù)據(jù)，然后由AD669給出電壓輸出，具體連接方法89C52的P0口經(jīng)LS373與AD669的DB8-DB15連接，P0口與AD669的DB0-DB7連接。
參照圖3，本校驗儀要求應具有對輸入信號或輸出信號的測量功能，相對來說就是能夠滿足直流0-200mV，0-10V范圍的直流電壓的測量，4-20mA直流范圍的測量，以及100-320Ω電阻的測量。對上述模擬量的測量由圖3A/D轉換接口電路來實現(xiàn)。對電阻Rx的測量采用了V-I測量法，以獲得較高的測量精度。
模擬信號輸入給MAX111，MAX111是單電源、低功耗、14位串行模數(shù)轉換器。MAX111的片選信號由89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接，經(jīng)3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y6提供，Y6與MAX111的CS連接，CS低電平有效；MAX111的BUSY與89C52的RD連接，數(shù)據(jù)輸出線DOUT與89C52的RXD連接，串行輸入數(shù)據(jù)給單片機。
本實用新型的軟件設計采用了結構化的設計方法。因為儀器要求精度較高，硬件電路設計選用的接口電路較多，為了提高可靠性及滿足精度要求，采用了容錯設計技術。在數(shù)據(jù)采集及處理方面要求速度不是很高，為減少硬件電路的開支，使硬件電路盡量簡化，除了必要的硬件抗干擾措施外，充分利用了軟件抗干擾的優(yōu)勢。
1、鍵盤及顯示為了節(jié)省CPU的時間，采用了中斷方式的軟件設計方法。針對硬件電路設計了相對應的初始化子程序，顯示器更新子程序，鍵輸入中斷服務子程序，鍵處理子程序。在鍵處理子程序中采用了參數(shù)輸入的容錯設計技術，使得人機對話的信息能夠正確的傳遞，減少誤操作。
2、前向通道A/D(模數(shù))轉換包括根據(jù)硬件電路要求的MAX111的控制字的設定以確定A/D轉換器的配置以及工作方式的控制，包括控制變換時間、時鐘分頻比、選擇輸入通道、設置增益校準方式、零偏置方式等。根據(jù)監(jiān)控程序的調度及指令完成不同的物理參數(shù)由模擬量到數(shù)字量的轉換過程的控制。由于需要測量的參數(shù)內容及范圍區(qū)別較大，就要根據(jù)監(jiān)控指令來區(qū)分處理不同的參數(shù)。為了提高儀器的精度，采用數(shù)字調零技術減小測量附加誤差。
3、后向通道D/A(數(shù)模)轉換在后向通道中有直流電流信號及直流電壓信號輸出，硬件電路中選用了兩種D/A轉換器件，D/A轉換軟件對D/A轉換器進行初始化、轉換數(shù)據(jù)的傳遞。
4、監(jiān)控管理監(jiān)控程序負責協(xié)調各子程序實現(xiàn)各種功能。根據(jù)鍵盤輸入的參數(shù)及完成的任務，調度指揮有關子程序完成相關工作，實施一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。對相關誤差進行動態(tài)校正，以獲得較高精度的物理量輸出，對被檢測的物理量的準確度給予準確定量表述。
5、數(shù)據(jù)處理由于熱電偶的溫度值與電壓值是非線性關系，無法獲得數(shù)學模型，只能建立數(shù)據(jù)表格來反映它們之間對應關系，只能用查表的方法來獲取相對應的數(shù)據(jù)關系。由于表格很長，查起來很費時間，故將表格劃分成許多小區(qū)域，先將數(shù)據(jù)經(jīng)過計算以確定其所在的區(qū)域，然后，在該區(qū)域內按序進行查表，提高了工作效率。
對輸出電阻的選定，是按計算查表選定的方法，即根據(jù)應輸出的電阻值，來驅動繼電器組合，選出電阻，然后再經(jīng)過測量對實際輸出電阻值與給定電阻值進行比較計算出誤差進行修正，再對輸出電阻進行補償，以得到準確的電阻輸出.對于直流電壓及直流電流信號的輸出也是按此方法進行。
其主要功能1、測量各種熱電阻信號，同時顯示電阻值或對應的溫度值；2、測量五種熱電偶分度號的毫伏信號，并轉換成對應的溫度值，具有冷端補償功能；3、輸出和測量電壓、電流信號；4、輸出無源電阻信號，同時可顯示電阻值對應的溫度值。
主要的技術指標為
一、輸出信號1、熱電偶的毫伏和溫度信號S分度號0-18.693mv，0-1768℃；B分度號0-13.820mv，0-1820℃；K分度號0-54.886mv，0-1372℃；T分度號0-20.872mv，0-400℃；E分度號0-76.373mv，0-1000℃。
2、熱電阻阻值及溫度信號鉑電阻100-317.06Q，0-600℃；銅電阻100-164.27Q，0-150℃；3、電壓及電流信號源0-200mV DC0-10V DC4-20mA DC二、可對輸入信號進行測量，其測量范圍及精度與輸出信號相同。
三、精度＜0.01％。
四、工作溫度0-40℃。
五、電源電壓±10％。
權利要求1.一種智能溫度儀表校驗儀，其特征在于它是以單片機為核心配置輸入輸出接口電路，采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機對話，將程序存儲器擴充到64K，用4片27C256 EPROM用作存儲程序和數(shù)據(jù)表格的存儲，8155作為電阻網(wǎng)絡選擇輸出接口，采用AD669 16位的D/A數(shù)模轉換器，作為0-200mV DC、0-10V DC的輸出，采用AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)路輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能溫度儀表校驗儀，其特征在于采用12位LED數(shù)據(jù)顯示，由0-9數(shù)字鍵及功能鍵組成鍵盤，選用8279作為鍵盤及顯示器接口，單片機89C52的ALE引腳與可編程鍵盤、顯示器接口電路8279的CLK相連；P2.7與8279的CS連接，兩片的WR、RD對應相連；8279的IRQ經(jīng)非門電路與89C52的INT1連接，P0口與8279的數(shù)據(jù)口DB0-DB7對應連接，P0口經(jīng)八D鎖存器74LS373輸出單線信號給8279的A0，可編程鍵盤、顯示器接口電路8279輸出口SL0-SL3經(jīng)4-16線74LS154譯碼器輸出鍵盤列掃描信號，由RL0、RL1取得按鍵代碼，掃描信號經(jīng)75452非門對共陰極數(shù)碼管位掃描，8279的OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3與六緩沖器74LS07連接給出數(shù)碼管的段選碼，電壓輸出選用AD669 16位數(shù)模轉換器，4-20mA電流輸出電路選用AD421 16位串行輸入4-20mA電流環(huán)輸出的數(shù)模轉換器，單片機89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接，3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y5與數(shù)模轉換器AD669的CS連接；89C52的P0口經(jīng)LS373與AD669的DB8-DB15連接，P0口與AD669的DB0-DB7連接，本校驗儀要求對直流0-200mV，0-10V范圍的直流電壓的測量，4-20mA直流范圍的測量，以及100-320Ω電阻的測量，采用模數(shù)轉換器MAX111，89C52的P1.0-P1.2與74LS138的輸入端A、B、C連接，3-8線譯碼器74LS138輸出腳Y6與MAX111的CS連接；MAX111的BUSY與89C52的RD連接，數(shù)據(jù)輸出線DOUT與89C52的RXD連接。
專利摘要智能溫度儀表校驗儀，是以單片機為核心配置輸入輸出接口電路的多功能智能儀器。采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機對話功能。用戶可以將要測量和顯示的各項數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到儀器中，儀器根據(jù)用戶的要求進行輸入或輸出操作，并將其結果在顯示器上顯示。本實用新型適用于石油、化工、電力、冶金等重要工業(yè)領域，可以對測溫控溫系統(tǒng)中的溫度傳感器、控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)進行調整、校準和測試。克服了多種儀器進行校驗致使校驗工作的精度低和可靠性差等不足，實現(xiàn)了一機多用，其體積小、攜帶方便、抗干擾能力強，精度可達0.01％。尤其適用于現(xiàn)場傳感器與測控系統(tǒng)的校驗。
文檔編號G01K15/00GK2695936SQ20042003181
公開日2005年4月27日 申請日期2004年5月31日 優(yōu)先權日2004年5月31日
發(fā)明者孫立紅 申請人:孫立紅