單片機(jī)測控技術(shù)在平板導(dǎo)熱系數(shù)儀研制中的應(yīng)用

就單片機(jī)測控技術(shù)應(yīng)用于平板導(dǎo)熱系數(shù)儀的研制提出了應(yīng)用方法，介紹了串行ａ／ｄ轉(zhuǎn)換器ｔｌｃ２５４３與單片機(jī)的硬件連接，熱電偶信號(hào)的冷端補(bǔ)償方法以及高精度運(yùn)算放大器ｉｃｌ７６５０的應(yīng)用，對(duì)數(shù)字ｐｉｄ算法提出了新的應(yīng)用方式?！　∫浴　∑桨鍖?dǎo)熱系數(shù)儀是根據(jù)ｇｂ　１０２９４～１０２９５－８８《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法和熱流計(jì)法》研制的?；谌缦略恚涸诜€(wěn)定條件下，防護(hù)熱板裝置的中心計(jì)量區(qū)域內(nèi)，在具有平行表面的均勻板狀試件中，建立類似于以兩個(gè)平行勻溫平板為界的無限大平板中存在一維恒定熱流，通過測定穩(wěn)定狀態(tài)下流過計(jì)量單元的一維恒定熱力量ｑ、計(jì)量單元的面積ａ、試件冷、熱表面的溫度差△ｔ，可計(jì)算出試件的熱阻ｒ或?qū)嵯禂?shù)λ?！　嶙栌?jì)算公式：ｒ＝ａ（ｔ１－ｔ２）／ｑ　　其中：?。屺D―計(jì)量面積，ｍ２　?。簦?、ｔ２――試件熱面、冷面的溫度平均值，ｋ　　ｑ――加熱單元計(jì)量部分的平均熱流量，ｗ　　導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式：　λ＝ｑｄ／［ａ（ｔ１－ｔ２）］　　其中：?。洙D―試件平均厚度，ｍ　　我們采用了如圖１所示結(jié)構(gòu)制作裝置：　　其中：ａ－冷卻單元　?。猓嚰　。悖瓱嵊?jì)量單元，（主加熱單元）　　ｄ－防護(hù)單元　?。澹撤雷o(hù)單元　　當(dāng)主加熱器的熱量不能沿護(hù)加熱環(huán)板方向傳入和傳出時(shí)，主加熱器的熱量只能沿試件方向?qū)С?。隨加熱時(shí)間不斷延長，熱面溫度ｔ１和冷面溫度ｔ２不再隨時(shí)間發(fā)生變化，這時(shí)主加熱器的熱量只能沿試件方導(dǎo)出，這種情況下為穩(wěn)定導(dǎo)熱。此時(shí)根據(jù)上述公式計(jì)算出試件的熱阻或?qū)嵯禂?shù)。　?。薄y控系統(tǒng)的組成　　本控制系統(tǒng)由以下幾部分組成：　?。保薄≈绷鞣€(wěn)壓電源：用于向主加熱單元提供加熱電壓，由操作者手動(dòng)控制，設(shè)有粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩種調(diào)節(jié)旋鈕?！　。保病》雷o(hù)加熱單元：用于對(duì)防護(hù)單元的加熱，由交流電源經(jīng)可控硅整流向防護(hù)單元加熱，可控硅的導(dǎo)通角由單片機(jī)控制，使護(hù)加熱單元溫度跟蹤主加熱單元的溫度。實(shí)現(xiàn)主加熱單元熱量的一維傳遞。也可由人工進(jìn)行手動(dòng)跟蹤?！　。保场纹瑱C(jī)測控系統(tǒng)：應(yīng)用ｍｃｓ－５１系列單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路溫度的采集與顯示，主加熱單元功率的測量顯示，護(hù)加熱單元溫度的跟蹤以及人機(jī)界面的交互?！　。病纹瑱C(jī)測控系統(tǒng)　　單片機(jī)測控系統(tǒng)框圖如圖２所示，共分為以下幾部分：　?。玻薄《嗦窋?shù)據(jù)檢測：　　本儀器共有８路熱電偶、一路電壓信號(hào)、一路電流信號(hào)的數(shù)據(jù)檢測。應(yīng)用串行ａｄ轉(zhuǎn)換器ｔｌｃ２５４３進(jìn)行轉(zhuǎn)換，ｔｌｃ２５４３是美國ｔｉ公司生產(chǎn)的１２　位開關(guān)電容型逐次逼近數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有１１路模擬輸入，內(nèi)建采樣保持器和片內(nèi)時(shí)鐘系統(tǒng)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間１０ｕｓ，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡單的３線?。螅穑榇薪涌诳煞奖愕嘏cａｔ８９ｃ５１進(jìn)行連接，是１２位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。圖２所示即為一種簡單可靠的應(yīng)用，單片機(jī)的ｐ１．０、　ｐ１．１、ｐ１．２、ｐ１．３分別與ｔｌｃ２５４３的ｉ／ｏ時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、片選信號(hào)相連，編程時(shí)按照參考資料［１］中所示時(shí)序，在ｉ／ｏ電平作用下依次進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和讀出即可。有關(guān)ｔｌｃ２５４３的操作介紹有很多資料，讀者可參考有關(guān)書籍?！　”緫?yīng)用中，為了降低電路成本以及電路的漂移帶來的誤差，我們減少了下面所述的熱電偶調(diào)理電路，對(duì)于８路熱電偶信號(hào)沒有進(jìn)行單獨(dú)的信號(hào)調(diào)理，而統(tǒng)一使用一個(gè)電路，為此，應(yīng)用模擬開關(guān)我們構(gòu)建了多路切換器，信號(hào)輸出占用ｔｌｃ２５４３的其中一路，另外再用２路作為主加熱單元的電壓及電流采集。　?。簦欤悖玻担矗车妮斎腚妷菏牵埃担?，調(diào)理電路只需將弱信號(hào)放大到這個(gè)范圍，若選用其他量程的ａｄ轉(zhuǎn)換器，例如ａｄ１６７４的輸入電壓范圍是　０－１０ｖ或是０－２０ｖ，就相應(yīng)的增加了調(diào)理電路放大倍數(shù)，工作起來很容易引起振蕩。這也是我們選用此款ａｄ轉(zhuǎn)換器的理由之一?！　。玻病∽o(hù)加熱板溫度自動(dòng)控制：　　為實(shí)現(xiàn)主加熱板的熱量實(shí)現(xiàn)一維傳遞，特設(shè)計(jì)了一套護(hù)加熱板，在實(shí)際運(yùn)行中要求護(hù)加熱板的溫度始終跟隨主加熱板溫度。我們采取用交流電源加熱的方式，進(jìn)行手自動(dòng)的跟隨?！　∈謩?dòng)調(diào)節(jié)時(shí)用電位器在５ｖ直流電壓下的分壓，控制可控硅模塊的導(dǎo)通角，但同時(shí)該手動(dòng)信號(hào)的電壓值占用一路ｔｌｃ２５４３的輸入，單片機(jī)隨時(shí)采集此信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成與下面所述的數(shù)字ｐｉｄ計(jì)算出的相應(yīng)ｕｉ信號(hào)，存儲(chǔ)到相應(yīng)單元，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無擾動(dòng)切換?！　∽詣?dòng)調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)用單片機(jī)制作一