（材料學專業(yè)論文）智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用.pdf

碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 摘要 運用智能檢測技術(shù)及相關(guān)軟、硬件的設(shè)計，開發(fā)了智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)。 系統(tǒng)由具有循環(huán)冷卻裝置的加熱爐、檢測系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、微型計算機和打 印機五部分組成。運用c + + b u i l d e r 和v i s u a lb a s i c 設(shè)計開發(fā)了聯(lián)機應(yīng)用軟件，為 用戶提供了友好的操作界面。檢測系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計實現(xiàn)了被測參量的檢測、 采集、處理和存儲等功能。溫度控制系統(tǒng)及其軟件使系統(tǒng)可按給定的加熱曲線對 加熱爐進行控制。通過循環(huán)水冷卻和噴氣冷卻系統(tǒng)的共同作用使系統(tǒng)可獲得不同 的冷卻速度。應(yīng)用系統(tǒng)對p c r n i l m o a 進行了熱膨脹系數(shù)、臨界點以及不同冷卻 速度下的冷卻曲線的檢測，繪制了c c t 圖，并進行了復現(xiàn)性試驗。結(jié)果表明： 系統(tǒng)具有精度高，投資小，穩(wěn)定性和復現(xiàn)性好，操作簡便以及良好的功能擴展性 等特點。 關(guān)鍵詞：智能檢測；熱膨脹；數(shù)據(jù)采集；c c t ：臨界點 生生墮 塑壁垡墊墅些量型墨塹塑壅堡曼墮旦 a b s t r a c t t h ei n t e l l e c t u a lt h e r m a l e x p a n s i o nd e t e c t i o ns y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e db y u t i l i z i n gi n t e l l i g e n td e t e c t i o nt e c h n o l o g ya n dd e s i g n i n go fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e t h i ss y s t e mc o n s i s t so ff i v e p a r t s ：h e a t i n gf u r n a c ew i t hc i r c u l a t i o nc o o l i n gd e v i c e ， d e t e c t i o n s y s t e m ，t e m p e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m ，m i c r o c o m p u t e r a n d p r i n t e r c + + b u i l d e ra n dv i s u a lb a s i ch a sb e e nu s e dt od e s i g no n l i n ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，w h i c h o f f e r saf r i e n d l y o p e r a t i o ni n t e r f a c e t h e d e t e c t i o ns y s t e mh a sf u n c t i o n so fd a t a d e t e c t i o n ，d a t aa c q u i s i t i o n ，d a t ap r o c e s s i n ga n dd a t as t o r a g e t h et e m p e r a t u r ec o n t r o l s y s t e m c a r lc o n t r o lt h e h e a t i n g f u r n a c e a c c o r d i n g t o g i v e nt e m p e r a t u r e c u r v e s d i f f e r e n tc o o l i n gr a t e sc a no b t a i nb ya p p l y i n gw a t e rc i r c u l a t i o nc o o l i n gs y s t e ma n d g a sc o o l i n gs y s t e m t h es y s t e mh a sb e e nu s e dt o d e t e c tt h ec o e f f i c i e n to ft h e r m a l e x p a n s i o n ，c r i t i c a lp o i n tt e m p e r a t u r eo fp h a s et r a n s f o r m a t i o n ，a n dd i f f e r e n tc o o l i n g c u r v e so fp c r n iim o a ，c c tc u r v e so fp c r l n i m o aw e r ed r a w na c c o r d i n gt ot h e r e s u l t s ，a n dr e p r o d u c t i v ee x p e r i m e n t w a sa l s oc a r r i e do u t t h e s y s t e m h a st h e p r o p e r t i e s o fh i g ha c c u r a c y ，l o wi n v e s t m e n t ，g o o ds t a b i l i t ya n dr e p r o d u c i b i l i t y , f r i e n d l yo p e r a t i o ni n t e r f a c ea n dg o o de x t e n s i b i l i t y k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n td e t e c t i o n ；t h e r m a le x p a n s i o n ；d a t a a c q u i s i t i o n ：c c t c t i t i c a lp o i n t 一2 一 y6 2 4 8 8 7 聲明 本學位論文是我在導師的指導下取得的研究成果，盡我所知，在 本學位論文中，除了加以標注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā) 表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機構(gòu)的學位或?qū)W 歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學位論文做出的貢獻均 已在論文中作了明確的說明。 研究生簽名：磁杰 柳牛年月上淚 學位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學有權(quán)保存本學位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱 或上網(wǎng)公布本學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送 交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學位論文的全部或部分內(nèi)容。對 于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名：王籃左j訓f 年6 月盯日 堡主堡塞 塑壁垡墊些些堡型丕笙的塞墊量窒旦 1 緒論 隨著加熱技術(shù)( 加熱爐設(shè)計和電子程序控制) 和位移傳感器的發(fā)展，熱膨脹儀 的應(yīng)用范圍不斷擴大，來滿足人們改進金屬材料的使用性能，更深入地了解和控制 高速、非恒溫熱處理時材料結(jié)構(gòu)變化的要求。這就不僅促進了熱膨脹儀的不斷完善， 同時也促進了新型熱膨脹儀的設(shè)計，以滿足科研的要求。國外研制的熱膨脹儀已經(jīng) 有著越來越廣泛的應(yīng)用。如德國產(chǎn)的d i l4 0 2p c 熱膨脹儀，日本產(chǎn)的f o r m a s t - d f o r m a s t f 全自動膨脹儀，法國產(chǎn)的d t l 0 0 0 型高速淬火熱膨脹儀，波蘭的l s 4 型熱 膨脹儀。這些熱膨脹儀有著較為廣泛的用途，可以測定金屬材料不同相的轉(zhuǎn)變溫度。 確定金屬材料的t t t 和c c t 曲線：可用于熱加工工藝過程的最佳化，用來滿足人 們合理使用鋼材和建立各種熱處理工藝的要求 j 巧 ，還可以分析焊接熱影響區(qū)的組織 和性能的變化p j 。 1 1 熱膨脹檢測技術(shù)在材料科學中的應(yīng)用 在材料科學的研究中，熱膨脹檢測是一種非常實用、可靠、方便的工具。 晶體發(fā)生相變時常伴隨著熱膨脹量的不連續(xù)變化，在膨脹曲線上將出現(xiàn)拐點， 檢測相變過程中的熱膨脹量變化是研究金屬材料相變的重要手段之一，它可用來測 定金屬材料產(chǎn)生各種相變時的溫度。鋼的低溫相( a 相) 與高溫相( y 相) 比容差 很大，當發(fā)生相變時，相變引起的體積變化迭加在純粹的熱脹冷縮效應(yīng)上i 破壞了 膨脹量與溫度間的線性關(guān)系i ”。因此根據(jù)熱膨脹曲線上所顯示的熱膨脹量的變化去 確定相變溫度是十分容易的。可從膨脹曲線上確定a y 的相變溫度，可以確定a c t 和a 。3 點。 當給熱膨脹儀添加了可以不同冷卻速度連續(xù)冷卻的冷卻系統(tǒng)后，可實現(xiàn)m s 點 以及連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖的測定。 m s 點在熱處理操作中是個重要的參數(shù)，它關(guān)系到淬火介質(zhì)溫度的選擇，工件的 淬火裂紋問題以及殘余奧氏體量的多少等。通過淬火過程的膨脹曲線，可以測定m s 點。冷卻時奧氏體呈線性收縮，當發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時，由于其比容較大，使得膨脹 量增加，曲線開始偏離，轉(zhuǎn)交量越多，膨脹量增大越大。馬氏體轉(zhuǎn)交完成后繼續(xù)冷 卻時。又引起線性收縮【7 1 。淬火過程所記錄下的膨脹曲線還可用作圖分析法求出m s 點以下各溫度所形成的馬氏體的百分數(shù)，或計算出形成不同百分比數(shù)量馬氏體的相 應(yīng)溫度。 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖，簡稱c c t 曲線圖，它系統(tǒng)地表示冷卻速度對轉(zhuǎn)變開始點、 碩士論文 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 相變進行速度和組織的影響情況。一般的熱處理、形變熱處理、熱軋材的控制冷卻 以及焊接等生產(chǎn)工藝，均是在連續(xù)冷卻的狀態(tài)下發(fā)生相變的，因此c c t 曲線對熱處 理生產(chǎn)具有直接指導作用。通過鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，可以知道過冷奧氏體在各 種不同冷卻速度下所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)變以及最終得到的組織和性能，同時還能清楚的確定 鋼的臨界淬火速度，為確定鋼的淬火方法、選擇淬火介質(zhì)提供了重要依據(jù)。c c t 曲 線提供的這些信息為新鋼種研制和新工藝研究也提供了可靠的參數(shù)支持。利用焊接 用c c t 曲線還可以分析焊接熱影響區(qū)的組織和性能的變化 1 - 6 , 8 1 。熱膨脹法是測定連 續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的一種較常用的方法。使用設(shè)備儀器較為復雜，必須配備有控制不 同冷卻速度的裝置和能快速測量并同時記錄溫度、長度、時間等三個參數(shù)的檢測系 統(tǒng)。測定的原理是根據(jù)鋼的各相比容的不同來確定相變點。 綜上所述，熱膨脹檢測在材料科學研究領(lǐng)域中是一種非常簡捷，可靠，實用的 工具。 1 2 智能檢測技術(shù)的發(fā)展 智能檢測就是利用計算機及相關(guān)儀器，實現(xiàn)檢測過程智能化和自動化。智能檢 測包括測量、處理，性能測試、故障診斷和決策輸出等內(nèi)容們。智能檢測能充分地 開發(fā)和利用計算機資源，在人最少參與的條件下，獲得最佳和最滿意的結(jié)果。智能 檢測和控制技術(shù)能有效地提高被測對象( 過程) 的安全性并獲得最佳性能，使用方 便靈活，具有較高的可靠性、可維護性、抗干擾能力以及對環(huán)境的適應(yīng)能力，并具 有優(yōu)良的通用性和可擴展牲。 智能檢測系統(tǒng)一般主要由檢測、輸入、接口、計算機、輸出和執(zhí)行六部分組成。 智能檢測系統(tǒng)的開發(fā)屬于工程應(yīng)用性系統(tǒng)開發(fā)。它大體上要經(jīng)過三個階段，即 確定設(shè)計任務(wù)；擬制總體設(shè)計方案；系統(tǒng)總體設(shè)計過程。系統(tǒng)總體設(shè)計過程主要是 系統(tǒng)硬件和軟件的開發(fā)。包括四個階段，即硬件和軟件的功能分配；硬件電路的設(shè) 計與調(diào)試；軟件模塊的設(shè)計與調(diào)試；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)【9 】。智能檢測系統(tǒng)的一般開發(fā)過程如 圖1 2 1 所示。智能檢測具有以下特點【l 訓： 1 測量過程軟件控制：可以簡化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，縮小體積，降低功耗，提高 檢測系統(tǒng)的可靠性和自動化程度。 2 智能化數(shù)據(jù)處理：計算機可以方便、快捷地實現(xiàn)各種算法。因此，智能檢測 系統(tǒng)可用軟件對測量結(jié)果進行及時的在線處理，提高測量精度。另一方面，智能檢 測系統(tǒng)可以對測量結(jié)果進行再加工，獲得更多更可靠的信息。 3 高度的靈活性：智能檢測系統(tǒng)以軟件為工作核心，生產(chǎn)、修改、復制都較容 易，功能和性能指標更改方便。 2 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 4 實現(xiàn)多參數(shù)檢測與信息融合：智能檢測系統(tǒng)可配備多個測量通道，由計算機 對多路測量通道進行檢測，系統(tǒng)可以對多種參量進行檢測。在進行多參數(shù)檢測的基 礎(chǔ)上，依據(jù)各路信息的相關(guān)特性，可以實現(xiàn)智能檢測系統(tǒng)的多傳感器信息融合，從 而提高系統(tǒng)的準確性、可靠性和容錯性。 5 測量速度快：隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高速顯示、高速打印、高速繪圖設(shè) 備也日臻完善，這些都為智能檢測系統(tǒng)的快速檢測提供了條件。 6 智能化功能強：以計算機為信息處理核心的智能檢測系統(tǒng)具有較強的智能功 能，可以滿足各類用戶的需要。 圖 3 - 生生堡鑾一一塑堂垡墊些豎絲型墨墮墮塞型量窒旦 伴隨著以計算機為核心的信息處理與過程控制相結(jié)合的實用系統(tǒng)的發(fā)展，些 先進技術(shù)，如信息傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)及計算機控制技術(shù)正在飛速發(fā)展并不斷 變革，促進智能檢測系統(tǒng)將進一步向著以下方向發(fā)展1 2 。 1 綜臺化：將本來各自獨立的電子測量儀器、自動化儀表、自動化檢測系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，在應(yīng)用中相互靠近，功能相互覆蓋，差異縮小，體現(xiàn)為種 綜合管理與控制。 2 智能化；系統(tǒng)可隨外界條件的變化，具有確定正確行動的能力，即具有人的 思維及推理并作出決策的能力。 3 系統(tǒng)化和標準化：計算機之間相互聯(lián)系在一起，形成各種多計算機系統(tǒng)，以 適應(yīng)開放、復雜的工程及大系統(tǒng)的需要。在向系統(tǒng)化發(fā)展的同時，還涉及系統(tǒng)部件 接口的標準化、系列化與模塊化，以便搭成通用整體。 4 儀器虛擬化：虛擬儀器v i 把傳統(tǒng)儀器的控制面板移植到普通計算機上，利 用計算機的資源，實現(xiàn)相關(guān)的測控需求。由于v i 技術(shù)給用戶提供了個充分發(fā)揮自 己爿能和想像力的空間，用戶可以根據(jù)自己的需要來設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)來滿足了 多種多樣的應(yīng)用要求，具有極好的性價比。 5 ，網(wǎng)絡(luò)化：智能檢測，可以用一臺計算機作為核心機，也可以由多臺計算機 來實現(xiàn)，在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展和普及的今天，將個智能檢測系統(tǒng)接入計算 機網(wǎng)絡(luò)，無疑會進一步增強其功能和活力。 1 3 熱膨脹儀的發(fā)展現(xiàn)狀 髫前國內(nèi)科研院所及高校所配備的較先進的熱膨脹儀大多是由國外進口的，以 德國和日本等一些國家的設(shè)備為主，如d i l 4 0 2p c 熱膨脹儀和f o r m a s t d 、f o r m a s t f 全自動膨脹儀。這些設(shè)備功能較全，可以實現(xiàn)加熱、冷卻、溫度控制、數(shù)據(jù)采集及 數(shù)據(jù)處理等功能，精度較離，但是這些進口設(shè)備的價格過于昂貴，對于國內(nèi)多數(shù)單 位而言，不具有推廣的可能i 1 - 5 3 3 q 5 。麗目前在國內(nèi)生產(chǎn)的熱膨脹儀還比較落后，用 微機控制及處理的商用儀器還不多見，功能較為完善基于熱膨脹檢測的智能檢測應(yīng) 用系統(tǒng)尚未見報道，僅有的產(chǎn)品一般只能提供膨脹系數(shù)的測量，不具備冷卻系統(tǒng)， 功能比較單一，不能滿足科研單位及院校的一些較復雜的要求，不能夠提供整體解 決方案 1 4 - 1 8 1 。同時采用國外的儀器也由于沒有相關(guān)的配套軟件，國內(nèi)以前多采用手 工根據(jù)測定的相關(guān)數(shù)據(jù)繪制連續(xù)冷卻曲線，即浪費時間又不精確。 從目前的文獻資料看，國內(nèi)較少有關(guān)于基于熱膨脹檢測的智能檢測應(yīng)用系統(tǒng)的 文章，有的單位根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，結(jié)合具體任務(wù)的要求，利用單片機構(gòu)成自動檢測系 統(tǒng)，其他文獻也多是基于傳感器與微機的結(jié)合利用，較少將此作為一個完整的智能 4 - 堡鯊塞智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 檢測應(yīng)用系統(tǒng)來開發(fā)的，并且這些裝置都沒有冷卻系統(tǒng)，只能單純的測加熱過程的 膨脹系數(shù)，無法滿足更多的科研工作的要求。清華大學的劉永東設(shè)計的熱膨脹系數(shù) 測量儀是完全機械式的【b j 。吉林電力職工大學模擬電站的薛凱將應(yīng)變片傳感器和溫 度傳感器應(yīng)用到熱膨脹系數(shù)的測量中，結(jié)合微型計算機進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理， 實現(xiàn)了固體熱膨脹系數(shù)的測量1 1 6 1 。但是該系統(tǒng)存在著加熱范圍小( o 1 0 0 。c ) 、采樣 頻率小、精度低及無法實現(xiàn)控溫等問題。東北大學的劉曉等人研制了金屬線膨脹系 數(shù)的計算機檢測系統(tǒng)f 1 7 j ，以及潘素瑛、肖天來等人研制的熱膨脹儀f 1 8 】，基本實現(xiàn)了 對信號進行采集，并對測得的數(shù)據(jù)進行處理，最終求出了線膨脹系數(shù)的值。但這些 系統(tǒng)通道都比較少，且都無冷卻系統(tǒng)，無法進行m s 點以及c c t 曲線的測定，無法 滿足人們合理使用鋼材和建立各種熱處理工藝的要求。 1 4 課題的意義及目的 由于檢測與測控技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能檢測在材料科學中的應(yīng)用也日益受到前 所未有的重視，目前國外的情況相對較好，材料科學方面的智能檢測的應(yīng)用水平較 高，相關(guān)的產(chǎn)品開發(fā)的也比較好，但是國內(nèi)的情況就有些差強人意了。目前智能化 水平較高的檢測設(shè)備只有少數(shù)資金雄厚的單位擁有，高額的售價以及昂貴且滯后的 維護服務(wù)制約了國外進口設(shè)備的普及，而落后的檢測水平反過來又限制了研究水平。 一套高精度、功能完善、性能穩(wěn)定、成本低的熱膨脹智能檢測應(yīng)用系統(tǒng)在材料科學 的研究及教學中的作用不言而喻，因而這樣一套智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng) 用有著非常大的應(yīng)用前景。 課題目的是自行設(shè)計一套智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)由具有循環(huán)冷卻裝置的 加熱爐、檢測系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、微型計算機和打印機五部分組成。系統(tǒng)搭建完 成后，進行軟件設(shè)計與開發(fā)，完成硬件和軟件的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，并利用設(shè)計的算法軟件 對數(shù)據(jù)進行完備的處理。該系統(tǒng)能夠測定材料的熱膨脹系數(shù)，測定材料的臨界點 ( a c l 、a c 3 、a n 、a r 3 和m s ) 、不同冷卻速度下的冷卻曲線以及c c t 曲線，并在此 基礎(chǔ)上爭取開發(fā)出更廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)能夠簡便、快捷地完成多點多參量的采集， 可以滿足不同場合的檢測要求。系統(tǒng)應(yīng)具有精度高，功能完善，成本低，性能穩(wěn)定， 操作簡便等特點。 一5 碩士論文 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 2 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 2 1 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的檢測原理 2 1 1 熱膨脹曲線的測定原理【7 1 8 l 當鋼發(fā)生固態(tài)相變時，常伴隨著體積的不連續(xù)變化，從而引起熱膨脹量的不連 續(xù)變化，在膨脹曲線上將出現(xiàn)拐點。因此分析熱膨脹現(xiàn)象在研究鋼的相變方面占有 很重要的地位。它可用來測定不同鋼的各種相變溫度。 設(shè)試樣0 。c 時的長度為l o ，則其在t + c 時的長度l l 為： l t = l o ( 1 + at 十b t + ) ( 2 1 ) 式中a 、b 為試樣材料的性能常數(shù)，一般1 3 后面的項都很小，可以忽略不計， 式( 2 1 ) 可簡化為： l t = l o ( 1 + a t )( 2 2 ) 求其微分，可得 一t 蘭1 = 乩。( 2 3 ) d t “ a 為該試樣在t 時的熱膨脹系數(shù)，試樣在加熱和冷卻時，膨脹量的變化是由兩 部分疊加而成的，一部分是由于熱脹冷縮引起的膨脹量變化，另一部分是由于相變 過程中體積變化所引起的膨脹量變化，以上兩部分疊加結(jié)果引起總的膨脹量變化。 當不發(fā)生相變時，由相變引起的膨脹量變化為零，由上式可知，以膨脹量變化l 為縱坐標，溫度t 為橫坐標的熱膨脹曲線應(yīng)近似為直線。當試樣在加熱或冷卻過程 中有相變發(fā)生時，則由于新舊兩相的結(jié)構(gòu)、比容不同，試樣的體積將發(fā)生不連續(xù)變 化，因而在熱膨脹曲線上相變發(fā)生和相變結(jié)束處形成拐點。根據(jù)此拐點，就可以比 較容易地確定該相變發(fā)生和結(jié)束點溫度。 表2 1 】鋼中各基本組織的比容0 7 1 組織名稱c ( )比容( 2 0 。c ) ( c m 幢) 奧氏體0 2 0 1 2 1 2 + 0 0 0 3 3 c 鐵素體0 - - 4 ) 2 0 1 2 7 1 珠光體 o 2o 1 2 7 1 + 0 0 0 0 5xc 貝氏體o 2 0 1 2 7 1 + 0 0 0 1 5xc 馬氏體0 2 0 1 2 7 i + 0 0 0 2 5 c 墜塑一 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 從表2 1 1 中可以看出鋼中各組織的比容關(guān)系是：奧氏體 鐵索體 珠光體 貝 氏體 t o ，則存在兩個接 觸電勢e a a ( t ) ，e a b ( t o ) 和兩個溫差電勢e a ( t ，t o ) ，e b ( t ，t o ) ，回路的總電勢為 e a a ( t ，t o ) = e a b ( t ) - - e a b ( t o ) + e b ( t ，t o ) - - e a ( t ，t o ) ( 3 3 ) 由式( 3 - 1 ) ，( 3 - 2 ) ，( 3 - 3 ) 可得 嘣t ，t o ) = 喜( n 摯 4 ， 由于n a ，n b 是溫度的單值函數(shù)，上式可表示為 e a b ( t ，t o ) = f ( t ) - - f ( t o ) ( 3 5 ) 從而可以得出以下結(jié)論 1 2 , 2 6 ： 1 熱電偶回路熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和兩端的溫度有關(guān)，而與熱 電偶的長度及粗細無關(guān)： 碩士論文 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 2 若a ，b 材料相同，則回路中不會產(chǎn)生熱電勢，所以e a b ( t ，t o ) = 0 ； 3 材料確定以后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端點的溫度有關(guān)。如果使 f ( t o ) = 常數(shù)，則回路熱電勢只與溫度t 有關(guān)，且是t 的單值函數(shù)，這就是利用熱 電偶測溫的原理。 根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，選用鎳鉻鎳鋁( k 型) 熱電偶，測溫范圍為2 0 0 1 3 0 0 。系統(tǒng)也支持鉑銠一鉑( s 型) 熱電偶。 熱電偶使用時冷端( 即自由端) 的溫度一般與標定時總是不同的，它所引起得 誤差是熱電偶測溫時誤差地主要成分。因此需要一個冰點基準。a d 5 9 5 可以很好得 實現(xiàn)冷端自動補償，它的內(nèi)部具有冰點補償電路，用來監(jiān)測基準接點溫度，并在內(nèi) 部相加處增加個合適的電壓到熱電偶回路之中 2 “。采用雙電源接法，測溫范圍為 0 1 2 5 0 。使用中其他元件和熱源不要與a d 5 9 5 直接接觸，因為a d 5 9 5 必須與熱 電偶冷端保持在同一溫度，而這些元件的散熱可能引起誤差。 3 1 2 位移傳感器 系統(tǒng)選用的位移傳感器是d a 1 型高精度直流差動變壓器位移傳感器。傳感器 結(jié)構(gòu)原理如圖3 1 2 ，1 所示。其中有三個固定繞組和一個活動鐵心，而固定繞組的布 置形式有兩種：圖3 1 2 ，l ( a ) 是將初級繞組繞在中間，兩個次級繞組分別繞在兩端， 圖3 1 2 1 ( b ) 是將初級繞組繞在兩個次級繞組的外面。它們的電路原理均可由圖 3 ，1 2 i ( c ) 表示【”1 。 第一次級繞組w i第二次級繞組w | 國p ( c ) 線插座 圖3 i 2 1 差動變壓器式位移傳感器 ( a ) 初級繞組在中間；( b ) n n 繞組在外面； ( c ) 電路原理圖 當初級繞組通以交流電時，兩個次級繞組均有感應(yīng)電勢產(chǎn)生?，F(xiàn)將兩個次級繞 一1 6 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 組引線的首端分別引出，兩個末端連在起。當動鐵i i , 置于兩個次級繞組中間的對 稱位置，則兩個次級繞組( w l ，w 2 ) 所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢之差為零；如果動鐵一t l , 向第 一次級繞組w l 方向移動，則w l 的感應(yīng)電動勢增加，而w 2 的感應(yīng)電勢相應(yīng)地減小， 它們的瞬時值方向相同，但大小不同，其差值就是傳感器的輸出，并且動鐵心位移 方向不同，還有不同極性的顯示。傳感器的輸出電勢 u o = u 1 一u 2( 3 6 ) 式中，u l w l 的感應(yīng)電勢：u 2 w 2 的感應(yīng)電勢。 如果鐵心向w 2 方向移動時，則有 u o = u 2 一u l( 3 7 ) d a 1 型高精度直流差動變壓器把差動變壓器( l v d t ) 的電測線路采用電子技 術(shù)全部封裝入l v d t 的殼體內(nèi)，實現(xiàn)傳感和線路的一體化，即為直流差動變壓器 ( d c l v d t ) 。使用時只要輸入1 2 v 的直流工作電壓，就可方便地從同一根多芯 電纜中獲得與被測位移量成正比的直流o 5 v 或0 5 v 的信號。此輸出電壓可被 采集系統(tǒng)采集送入計算機。選用的d a 1 型高精度直流差動變壓器位移傳感器具有 良好的環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命長、靈敏度和分辨率高的特點，精度可達l 微米。 d a 1 型高精度直流差動變壓器位移傳感器的主要性能指標： 測量范圍；0 2 m m 線性度： 2 f c 時，由采樣后得到的采樣信號xs ( n t s ) 能無失 真地復為原來信號x ( d 。 3 2 1 3 量化 為了能用計算機處理信號，須將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，也就是將采樣信號 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 的幅值用二進制代碼來表示。由于二進制代碼的位數(shù)是有限的，只能代表有限個信 號的電平。故在編碼之前，首先要對采樣信號進行“量化”。 量化就是把采樣信號的幅值與某個最小數(shù)量單位的一系列整倍數(shù)比較，以最接 近于采樣信號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來代替該幅值。這一過程稱為“量化過程”， 簡稱“量化”。 最小數(shù)量單位稱為量化單位。量化單位定義為量化器滿量程電壓f s r ( f u l ls c a l e r a n g e ) 與2 “的比值，用q 表示，因此有 a ：f s r ( 3 1 0 ) 1 2 o 其中r 廣一量化器的位數(shù)。 量化后的信號稱為量化信號，把量化信號的數(shù)值j q - - 進制代碼來表示，就稱為 編碼。量化信號經(jīng)編碼后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 3 2 1 4 編碼 模數(shù)轉(zhuǎn)換過程的最后階段是編碼。編碼是指把量化信號的電平用數(shù)字代碼來表 示，編碼有多種形式，最常用的是二進制編碼，即是用1 和0 所組成的n 位數(shù)碼來 代表量化電平。在應(yīng)用時，可根據(jù)被采集信號的極性來選擇編碼形式。 3 2 2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)陽4 2 8 铘1 圖3 2 2 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的是d a c 一7 1 1 2 d g 數(shù)據(jù)采集卡和d a t - 7 6 8 9 d 多功能 擴展卡來實現(xiàn)的。系統(tǒng)主要由多路模擬開關(guān)電路、測量放大電路、采樣保持電路、 模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、處理電路、控制邏輯與時鐘電路等幾個部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2 0 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 如圖3 2 2 1 所示。 該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要技術(shù)指標有： a t - b l i $ ； 1 6 路單端或8 路差分模擬輸入通道； 雙極性或單極性信號輸入： 程控增益范圍：1 、2 、4 、8 可選： 兩個1 2 位乘性模擬輸出通道 1 6 路數(shù)字量輸出通道； 1 5 路數(shù)字量輸入通道； 采樣頻率最高達1 0 0 k h z ： 三種觸發(fā)方式：軟件觸發(fā)，計數(shù)器觸發(fā)，外部脈沖觸發(fā)； 3 2 2 1 測量放大電路 由于被檢測參量經(jīng)傳感器變送成電信號后均為毫伏級的小信號，很難直接進行 數(shù)模轉(zhuǎn)換，為保證測量的精度，需對這些模擬信號進行放大處理。 系統(tǒng)利用多路模擬開關(guān)與測量放大器a d s 2 1 結(jié)合構(gòu)成的程控增益放大器，通過 改變外接電租來實現(xiàn)增益控制，具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移等優(yōu)點， 而且增益調(diào)試方便，具備軟件可調(diào)1 、x 2 、4 、8 信號放大功能。放大范圍為 1 1 0 0 0 倍，失調(diào)電壓為2 m v ，偏置電流為8 0 h a ，差模輸入阻抗為3 1 0 9 q ，共模 輸入阻抗為6 x 1 0 9 q ，增益g = l 時，差模抑制比為7 4 d b ，g = 1 0 0 0 時，差模抑制 比為1 1 0 d b ，工作電源為( 5 1 8 ) v 1 2 。 3 2 2 2 多路模擬開關(guān) 根據(jù)系統(tǒng)的用途，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要有多路和多參數(shù)信號的采集和控制的能力， 如果每一路都單獨采用各自的輸入回路，即每一路都采用放大、采樣保持，a d 轉(zhuǎn) 換等環(huán)節(jié)，不僅成本比單路成倍增加，而且會使系統(tǒng)體積龐大，同時給系統(tǒng)的校準 帶來很大的困難。因此除特殊隋況采用多路獨立的放大，a d 轉(zhuǎn)換，d a 轉(zhuǎn)換外， 通常采用多路模擬開關(guān)實現(xiàn)多個模擬通道公用一個采樣，保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 在設(shè)計多路選通電路時，須考慮下列參數(shù)h ： 1 通道數(shù)量：通道數(shù)量直接影響切換開關(guān)傳輸被測信號的精度和切換速度，同 時通道越多，漏電流越大，通道間的干擾也越多。 2 泄漏電流：一般希望泄漏電流越小越好。 3 切換速度：對于需傳輸快速信號的場合，就要求多路開關(guān)的切換速度高，同 時也要考慮采樣保持和a d 的速度，以最優(yōu)的性價比來選取多路開關(guān)的切換速度。 4 開關(guān)電阻：理想狀態(tài)的多路開關(guān)其導通電阻為零，而斷開電阻為無窮大，而 2 l - 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 實際的模擬開關(guān)無法到這個要求，因此需考慮其開關(guān)電阻，應(yīng)選擇導通電阻足夠低 的多路開關(guān)。 5 多路開關(guān)參數(shù)的漂移性及每路電阻的一致性也需作考慮，尤其是進行精密數(shù) 據(jù)采集時。 系統(tǒng)其備1 6 路單端8 路雙端模擬信號測量能力，采用高性能的m p c 5 0 8 a 多 路模擬開關(guān)將多路被測信號分別傳送到a d 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，以便計算機能對多路 被測信號進行處理。m p c 5 0 8 a 多路模擬開關(guān)，采用了介質(zhì)隔離技術(shù)，具有輸入過壓 保護功能，低導通電阻和低泄漏電流，并有鎖存保護功能。 3 2 2 3 采樣保持電路泌3 0 】 采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器對模擬信號進行轉(zhuǎn)換時，總需要有- d , 段時間來完成量化及編 碼等操作。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間取決于器件采用的轉(zhuǎn)換位數(shù)、轉(zhuǎn)換方法、采用的 器件等因素。如果在轉(zhuǎn)換時間t c 0 n v 內(nèi)，輸入模擬信號仍在變化，此時進行量化顯 然會產(chǎn)生一定的誤差。 我們可以在數(shù)據(jù)采集器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器a d c 前再加一個采樣保持放大器s h a ( 它 的任務(wù)是把要轉(zhuǎn)換的信號快速采樣后保持一段時間，以備轉(zhuǎn)換用) 來改善t c o n v 的 影響。這相當于在a d c 轉(zhuǎn)換時間內(nèi)開了一個窄“窗孔”，將此窗孔開啟瞬時內(nèi)的模 擬信號以量化形式記錄下來。此窗孔稱為“孔徑時間”t 。( a p e r t u r et i m e ) ，t a 一般 遠小于轉(zhuǎn)換時間t c o n 。顯然，如在孔徑時間t 。內(nèi)，輸入模擬信號仍在變化時進行 量化，會引入一定的誤差，稱為“孔徑誤差”。考慮對輸入的正弦信號采樣，那么對 m 位的a d c ，采用s h a 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，則數(shù)字化的最大正弦信號頻率為 廠= 志塢 ( 3 1 1 ) 系統(tǒng)所用的單片s h a 器件a d 5 8 3 的原理及外引腳如圖3 2 2 2 所示。其轉(zhuǎn)換速 率為5us ，帶寬2 m h z ，孑l 徑時間5 0 hs ，可用于峰值保持或做模擬開關(guān)，當處于采 樣狀態(tài)時，可反接反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一運算放大器，其調(diào)零即可用中心端接v + 的1 0 0 k q 可變電阻。 3 2 2 4 m d 和d a 轉(zhuǎn)換器 在檢測與控制系統(tǒng)中，需要將被測模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送入計算機進行處理， 而且也需要將經(jīng)計算機處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號去推動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機 構(gòu)，或者送入模擬顯示器、紀錄儀器以便進行數(shù)據(jù)的顯示或紀錄。把模擬量轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量的裝鼴稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器( a d 轉(zhuǎn)換器) ；把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置稱為 數(shù)模轉(zhuǎn)換器( d a 轉(zhuǎn)換器) 。 - 2 2 碩士論文 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 l b l + ( f 件e - r t ) j o p f 8 e t t 】j n c 習 時 圖3 2 2 2a d 5 8 3 原理及外引腳圖 系統(tǒng)的a d 轉(zhuǎn)換芯片采用b ，b a d s 7 7 4 ，d a 轉(zhuǎn)換芯片采用b b d a c 7 5 4 1 。 a d s 7 7 4 是b u r r - - b r o w n ( b b ) 公司設(shè)計生產(chǎn)的1 2 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，4 種 可選電壓范圍輸入：o 1 0 v ，0 - - - - t - 2 0 ，一5 4 - 5 v 和一1 0 1 0 v ，1 2 位或8 位可選輸 出，單- - + 5 v 供電。a d s 7 7 4 采用低功耗c o m s 工藝和新的電容陣列技術(shù)，包含有 內(nèi)部時鐘、微處理器接口、三態(tài)輸出緩沖器以及若干組內(nèi)部可調(diào)阻抗，功耗最大為 1 2 0 m w ，轉(zhuǎn)換時間為t 8 5ps 。a d s 7 7 4 有5 個輸入控制信號( 1 2 8 ，c s ，a 0 ， 剛孑和c e ) ，可以與大多數(shù)微處理器和其他數(shù)字系統(tǒng)直接相連接。a d s 7 7 4 可以在2 種模式下工作：一種是工作過程由微處理器控制，即所謂非獨立方式；一種是獨立 運行工作模式，即通過r 刁輸入觸發(fā)信號的采樣、保持和轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)設(shè)計采用的是 非獨立運行模式陋3 ”。a d s 7 7 4 針腳定義如圖3 2 - 2 3 所示。 a i d 和d a 轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標為： a ，d 轉(zhuǎn)換器： 輸入通道：1 6 路單端或8 路差分輸入通道； 分辨率： 1 2b i t ； 轉(zhuǎn)換時間： 8us ； 過壓保護：3 5 v ； 輸入阻抗：1 0 m q ； 觸發(fā)方式：軟件觸發(fā)，計數(shù)器觸發(fā)，外部觸發(fā)； 數(shù)據(jù)傳輸：程序控制，d m a ，中斷； 數(shù)據(jù)通過率：1 0 0 k h z ( 最大) d t a 轉(zhuǎn)換器： 2 3 碩七論文 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 輸出通道 分辨率： 建立時間 線性度： 輸出范圍 2 路雙緩沖模擬輸出通道 1 2b i t ： 3 0u s ； 1 2b i t l s b ： 0 - 5 v 或o 1 0 v d 1 4 0 7 7 4 程一l v l 2 8 爿硒 l2 翻晤 七卜 1 2 僖 1 6 肛 ( ed t a 0 1l i1 7 肛皿 v e ed 下 i i b 肛 d | r a 2 ，1 9 懿 w cu k f 3 2 0 聯(lián) 3 d t a 4 2 l 肛喳 rc s d n w 2 2 脫哺 l1 2 a 0d a t 6 2 3 肛田 r 1 2 戌p o sd - r 7 2 4 肛 5 0 8 d t a b 2 5 肛 廠11 0 r e fd 1 i 9 r e f l nd 1 a l o 2 6 麟l a i n 1 3 d 丁 i l 2 7 肛m t 1 0 v l n 1 4 2 0 v i n 9 g n dv c c 7 屺 jl ， d c o m 圖3 2 2 3a d s 7 7 4 針腳定義圖 3 2 2 5 邏輯控制與時鐘電路 廣1 0 4 i 系統(tǒng)采用i n t e l ( n e c ) 8 2 5 4 芯片，包含三個獨立、可編程、多制式1 6 位時鐘計 數(shù)器，三個1 6 位計數(shù)器可產(chǎn)生0 5 m h z 的時鐘信號。計數(shù)器1 和計數(shù)器2 級聯(lián)在一 起做a d 轉(zhuǎn)換的a f d 計數(shù)器觸發(fā)。8 2 5 4 時鐘計數(shù)器接線圖如圖3 2 2 4 所示。 3 3 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 檢測系統(tǒng)一般在使用過程中，由于工作現(xiàn)場彌布著各種干擾以及傳感器和放大 電路本身的影響，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號上會疊加上干擾信號，這些干擾信號通 常被稱為噪聲。所謂干擾就是指內(nèi)部或外部噪聲對有用信號的不良影響1 0 1 。當被測 信號很微弱時，就會被干擾噪聲“淹沒”掉，導致很大的數(shù)據(jù)采集誤差。因此，噪 聲是信號檢測的主要障礙。為了能精確地檢測信號，需要消除和抑制系統(tǒng)的噪聲。 2 4 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 在分析和設(shè)計檢測系統(tǒng)時，必須考慮到可能存在的干擾對系統(tǒng)的影響，把抗干擾問 題作為系統(tǒng)設(shè)計中的一個至關(guān)重要的內(nèi)容，從硬件和軟件上采取相應(yīng)的措施以增強 系統(tǒng)的抗干擾能力。 圖3 2 2 48 2 5 4 時鐘尉數(shù)器接線圖 3 3 1 常見的干擾1 2 6 , 2 7 1 c n 3 p i n 1 0 ，d t r l g g 檢測系統(tǒng)的工作環(huán)境的干擾源很多，根據(jù)干擾的作用方式及有用信號的關(guān)系 可將其分為串模干擾和共模干擾兩種。 3 _ 3 1 1 串模干擾 干擾信號與被測信號串聯(lián)起來作用在輸入端的干擾稱為串模干擾。其形式如圖 3 3 1 ，1 所示，圖中u s 為被測信號，u n 為串模干擾，在信號放大器輸入端a e 處合 成為u s n = u s + u n ，如圖3 3 1 2 所示。u n 疊加到測量信號u s 之上，成為被測信號 的一部分，被送到放大器進行放大，所以會直接影響檢測結(jié)果。 魄 u ” a e 圖33 i i串模干擾電路圖 ，州- u ，+ c ，” 八 vv ，、，、c ，h 一 圖3 3 i 2 串模干擾信號圖 產(chǎn)生串模干擾的原因有：外部高壓供電線交變電磁場通過寄生電容耦合進傳感 器一端；交變磁通穿過信號傳輸回路產(chǎn)生干擾電勢，造成串模干擾；信號輸入回路 因接觸不良也會引入串模干擾。 2 5 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 3 3 1 2 共模干擾 共模干擾是指在信號地和儀器地( 大地) 之間產(chǎn)生的干擾。如圖3 3 1 3 所示， 圖中e 為信號地，f 為儀器地，被測信號為s ，n 是出現(xiàn)在待測信號s 與儀器地之 間的干擾信號。a 、b 兩端疊加的干擾電壓相同。由于有干擾信號n 的存在，使被 測信號s 受到干擾。如圖3 3 1 ，4 所示。共模干擾雖然不直接影響測量結(jié)果，但是當 信號輸入電路參數(shù)不對稱時，它會轉(zhuǎn)化成串模干擾，對檢測產(chǎn)生影響。在實際檢測 過程中由于共模干擾的電壓數(shù)值一般都比較大，而且它的耦合機理和耦合電路不易 搞清楚，排除也比較困難，所以共模干擾對測量的影響更為嚴重。 共曩予筑后的粟樣信號電目 烈0 ；、| ! 圖33 13 共模干擾電路圖 圖3 3 1 4 共模干擾信號圖 產(chǎn)生對地共模干擾的原因有： 1 ) 在檢測系統(tǒng)附近有大功率的電氣設(shè)備，電磁場以電感或電容形式耦合到傳感 器和傳輸導線中形成共模干擾。 2 ) 電源絕緣不良而引起漏電或三相動力電網(wǎng)負載不平衡致使零線有較大的電流 時，存在著較大的她電流和地電位差。如果系統(tǒng)有兩個以上的接地點，則地電位差 就會造成共模干擾。 3 ) 電氣設(shè)備的絕緣性能不良時，動力電源會通過漏電阻耦合到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 信號回路，形成干擾。 4 ) 在交流供電的儀器中，交流電會通過原、副邊繞組間的寄生電容、整流濾波 電路、信號電路與地之間的寄生電容到地構(gòu)成回路，形成干擾。 3 3 2 檢測系統(tǒng)的抗干擾措 j 氌 1 0 , 2 6 , 2 7 1 噪聲干擾將嚴重影響采樣信號的準確性和可靠性，因此必須予以消除或抑制。 采用的抗干擾措施有如下幾種。 2 6 - 碩士論文 智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 3 3 2 1 電磁隔離 這種方法是在傳感器與采集電路之悶加入一個隔離放大器，利用隔離放大器的 電磁耦合，將外界的模擬信號與系統(tǒng)進行隔離傳送。外界的模擬信號由隔離放大器 進行隔離放大，然后以高電平低阻抗的特性輸出至多路開關(guān)。 3 3 2 2 采用浮置措施抑制干擾 所謂浮置就是指數(shù)據(jù)采集電路的模擬信號地不接機殼或大地。對于被浮置的數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集電路與接機殼或大地之間無電流直接聯(lián)系，明顯的加大了系 統(tǒng)的信號放大器公共線與機殼或大地之問的阻抗。因此，浮置能大大地減少共模干 擾電流。 信號檢測一般采用差分輸入方式，這就要求每個通道需要兩個信號線，即h i g h 和l o w 線，采集系統(tǒng)測量這兩個信號線之間的電壓。如果一個信號源沒有連接到 公共地上，這是一個漂浮的信號源，對于漂浮信號源必須定義一個對地的公共參考 點，測量一個漂浮信號的標準連線如圖3 3 2 ，1 所示 圖3 32 i測量漂浮信號的標準連線 如果一個信號源的一端連接本地地，但信號源的地與板卡的地又不是一個公共 端，這兩個地之間的o a l 玉, 就形成了一個共模電壓，為了避免由于共模電壓引起的干 擾信號，可以將信號源的地接入板卡的l o w 端。不必直接將l o w 端與板卡的地連 接，在某些情況下，為了更好的共地，需要將采集系統(tǒng)的地與信號源的地連接起來a 正確的接線如圖3 3 2 2 ，不正確的接線如圖3 _ 3 2 3 。 圈3 3 2 2j e 確的接線圖 圖3 3 2 3不正確的接線圖 2 7 碩士論文智能化熱膨脹檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用 3 3 2 3a d 轉(zhuǎn)換器的抗干擾措施 a d 轉(zhuǎn)換器的抗干擾措施可采用三線采樣雙層屏蔽浮置技術(shù)降低共模干擾的影 響。三線采樣是指將信號線和地線一起采樣。雙層屏蔽技術(shù)，是抗共模干擾的一種 十分有效的方法。由于傳感器和機殼之間會引起共模干擾，因此，a d 轉(zhuǎn)換器的模 擬地一般采取浮置接地方式。圖3 3 2 4 是三線采樣雙層屏蔽原理圖【2 7 】。 采用三線采樣雙層屏蔽之后，由共模電壓( u 2 + u 。) 引起的共模電流有i c m i ， i c m 2 ，i c m 3 。i c m l ，它通過r s ，c 5 入地，不經(jīng)過r 2 ，所以不引起與信號相串聯(lián)的串 模干擾：i c m 2 流經(jīng)的阻抗比i c m l 流經(jīng)的阻抗大1 倍，所以它只有i c m l 的1 2 ；i c m 2 在r 2 上所產(chǎn)生的壓降可以忽略不計。所以，只有i c m 2 在r 2 上的壓降導致串模干擾 而引起誤差，但其數(shù)值很小。如果有1 0 v 共模電壓，僅產(chǎn)生o 1uv 的d c 串模電壓 和2 0uv 的a c 串模電壓。在這種情況下( 屏蔽層電阻忽略不計) ，其共模抑制比 c m r r 為 i n l i d c ：c m r r = - 2 0 l g 二二；= 一1 6 0 d b ( 3 1 2 ) 觚c m r 月一0 l g 擊l ，= 6 0 。叫2 啪 而r 可見，三線采樣雙層屏蔽浮置技術(shù)，抑制干擾效果是明顯的。但是，要注意屏 蔽層的接法，否則會引起干擾；a d 的電流應(yīng)自成系統(tǒng)，不能與大地相接。 電辨 p ，z 共曩電壓 尺，；垂心鋤 i x ,一 f 1 心機 辛心卜 i “與im ! y g 早地 譬c 高 懲 內(nèi)屏t 蚪霹t 圖3 3 2 。4 三線采樣雙層屏蔽原理圖 r 3 - - - - a d 的等效輸入電阻： r 4 低端到內(nèi)屏蔽層的漏電阻，約1 0 9 q ； c 4 低端到