（電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)論文）皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn).pdf

耵 p r o v e m e n to fi n s t r u m e n tf o r m e a s u r i n gs h i u n k a g e t e m p e r a t u r 衛(wèi)o fl e a t h e r at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g t h e s i ss u p e r v i s o r p r o f e s s o r 盥i 墮g 墜叢q m a y 2 0 1 0 惻燃嬲 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 摘要 本文針對傳統(tǒng)的皮革收縮溫度測量儀在測量過程中人工記錄數(shù)據(jù)效率 低 誤差大等缺陷和不足進(jìn)行了更新設(shè)計(jì)和技術(shù)改造 利用霍爾效應(yīng)的原理 將傳統(tǒng)的機(jī)械接觸式測量改進(jìn)為非接觸式測量 由單片機(jī)來控制整個(gè)測量過 程 最后將測量到的收縮溫度值自動(dòng)鎖存 設(shè)計(jì)參數(shù)均滿足輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) q b t2 7 1 3 2 0 0 5 對皮革收縮溫度測量的要求 與傳統(tǒng)測量儀器相比 本次 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要集中在以下方面 1 實(shí)現(xiàn)2 m i n 均勻攪拌升溫環(huán)境 使加熱介質(zhì)內(nèi)部溫差不超過1 2 采用控制程序來確定收縮比 收縮點(diǎn)長度 樣品原長 9 7 3 用專門定做恒力彈簧代替標(biāo)準(zhǔn)中3 9 砝碼來實(shí)現(xiàn)負(fù)重預(yù)緊 4 設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)的皮革取樣器 保證了初始測量樣品的一致性 新型皮革收縮溫度檢測儀器的數(shù)據(jù)采集模塊是采用成熟的傳感器元件 設(shè)計(jì)出高精度的位移和溫度信號(hào)采集模塊 將采集的溫度信號(hào)進(jìn)行放大處理 后與位移信號(hào)一起進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換 將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理 單 片機(jī)一方面將送入的信息在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示 同時(shí)依據(jù)傳感器采集到 的溫度值控制加熱模塊實(shí)現(xiàn)均勻升溫 通過編寫的上位機(jī)軟件 可以動(dòng)態(tài)觀 察四個(gè)皮革樣品的收縮全過程 并全程記錄對應(yīng)數(shù)據(jù) 采用標(biāo)準(zhǔn)取樣器從皮樣上制取樣品進(jìn)行掛樣實(shí)驗(yàn) 通過對新型皮革收縮 溫度測量儀器測量得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得到結(jié)論 新型的皮革溫度收 縮儀器在測量精度 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示精度 升溫過程中液體內(nèi)部的溫度差值及 上位機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測軟件的鎖定數(shù)據(jù)值均滿足皮革收縮溫度測量標(biāo)準(zhǔn)中的誤差 要求 論文最后對儀器的成熟度進(jìn)行了深入的探討 主要包括儀器長期使用過 程中測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性以及人機(jī)操作舒適性方面的問題 通過用戶在使用過程中的反饋信息 新型的皮革收縮溫度測量儀器無論 從測量精度 測量效率還是操作舒適度方面 都比傳統(tǒng)的機(jī)械式皮革溫度收 縮儀器具有明顯的優(yōu)勢 關(guān)鍵詞 測量儀器 皮革收縮溫度 測量精度 均勻升溫 儀器可靠度 i i e 坦p r o v e m e n to fi n s t r u m e n tf o r m e a s u r i n gs h r i n k a g e t e m p e r a t u r 衛(wèi)o fl e a t h e r a b s t r a c t t h i s p 印e r i sb a s e do nr e f o r ma n d i m p r o v e m e n t o ft h et r a d i t i o n a l i n s t r u m e n tf o rm e a s u r i n g s h r i n k a g et e m p e r a t u r eo fl e a t h e r i m s t l w h i c h h a sm a n yd e f e c t sa sl o w e f f i c i e n c ya n dm o r ee r r o r s i th a sb e e ni m p r o v e df r o m t h et r a d i t i o n a lm e c h a n i c a l c o n t a c tm e a s u r e m e n tt ot h en o n c o n t a c t m e a s u r i n g s t y l eb y t h eh a l le f f e c to f m a g n e t i c f i e l d t h ew h o l e m e a s u r i n g p r o c e s si sr e g u l a t e db ym c u a n dt h ef i n a ls h r i n k a g e t e m p e r a t u r ed a t a a r el o c k e da u t o m a t i c a l l y t h ep a r a m e t e r sa r ea c c o r d i n gt ot h es t a n d a r d s q b t 2 713 2 0 0 5 p u b l i s h e d b yn a t i o n a ld e v e l o p m e n ta n dr e f o r mc o m m i s s i o n c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a li m s t l t h en e w s t y l ei m s t l i sd e s i g n e do nt h e f o l l o w i n ga s p e c t s 1 u n i q u eh e a t i n gs i t u a t i o nw i t ht h er a t eo f2 c m i n t h et e m p e r a t u r eb e t w e e n u p p e ra n d b o r o mi nh e a t i n g c u pi sn om o r et h a n1 c m i n 2 s h r i n k a g er a t e t h el e n g t ho fs h r i n k a g ep o i n t o r i g i n a ll e n g t ho fs a m p l e r 9 7 3 u s i n gc o n s t a n ts p r i n gt os u p p l yt h es t a n d a r df o r c ew i t h3 9 4 u s i n gs t a n d a r ds a m p l e rt oc u tt h el e a t h e r t h ed a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e so fn e w s t y l ei m s t la r ed e s i g n e db ym e a n s o fs o p h i s t i c a t e ds e n s o rd e v i c e a n dt h e s ea r ec o m p o s e do ft h eh i g h p r e c i s i o n d i s p l a c e m e n ta n dt e m p e r a t u r ea c q u i s i t i o nm o d u l e s a f t e rt h et e m p e r a t u r es i g n a l a m p l i f i c a t i o n t o g e t h e r w i t ht h e d i s p l a c e m e n ts i g n a l a r e a l ll o a d e di n a n a l o g d i g i t a lc o n v e r s i o n t h en e x ts t e pi st r a n s m i t t e dd i g i t a ld a t at om c u a f t e r t h ep r o c e s sb ym c u t h ec u r r e n td a t ai sd i s p l a yo nl c d w h i l e m c us e n d st h e o r d e rt oc o n t r o lt h eh e a t i n gs y s t e m w i t ht h eh e l po ft h er s 2 32s e r i a lp o r tw i r e t h ee n t i r ed y n a m i cp r o c e s so fl e a t h e rc a nb ew e l lo b s e r v e db yt h eu p p e rm o n i t o r i i i s o f t w a r ea n dt h ew h o l ea c q u i s i t i o nd a t ab er e c o r d e da s t x tf i l e i no r d e rt ov e i l 氏t h ea c c u r a c yo fn e w s t y l ei m s t l s a m p l e r sa r em a d e f r o mt h es t a n d a r ds a m p l e t h r o u g ht h ee x p e r i m e n to fn e w s t y l ei m s t l i tc a n b ec o n c l u d e dt h a tm e a s u r e m e n ta c c u r a c y d y n a m i cd a t aa c c u r a c y h e a t i n g p r o c e s s t h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ei n t e r n a ll i q u i d p cl o c kd a t a v a l u e sa r ew e l lt om e e tt h es t a n d a r d s f i n a l l y t h ep a p e rd i s c u s s e st h ed e s i g np r o c e s si nm a t u r i t yc o n s i d e r a t i o n s i n c l u d i n gl o n g t e r mu s eo ft h ep r o c e s se q u i p m e n ts t a b i l i t y a n dr e l i a b i l i t yo f m e a s u r e m e n td a t aa n dt h em a c h i n eo p e r a t o rc o m f o r ti s s u e s d u r i n gu s eb yt h eu s e rf e e d b a c k n e w s t y l ei m s t lh a sm o r eo b v i o u s a d v a n t a g e st h a nt h et r a d i t i o n a lo n ei nt e r m so fa c c u r a c y e f f i c i e n c ya n do p e r a t i o n o f m e a s u r i n gc o m f o r t k e yw o r d s m e a s u r i n gi n s t r u m e n t l e a t h e r s h r i n k a g et e m p e r a t u r e a c c u r a c y o f m e a s u r e m e n t u n i f o r mh e a t i n g i n s t r u m e n tr e l i a b i l i t y i v 目錄 摘要 i a b s t r a c t i i i 目錄 i 1 緒 侖 1 1 1 原理性收縮溫度測量儀簡介 1 1 1 1 原理性收縮溫度測量裝置 1 1 1 2 測量步驟 2 1 2 皮革溫度收縮儀發(fā)展現(xiàn)狀 3 1 3 論文的體系結(jié)構(gòu) 4 2 方案設(shè)計(jì)與模型分析 一5 2 1 測量原理分析 5 2 2 設(shè)計(jì)方案 5 2 3 模型分析 6 2 3 1 霍爾傳感器組件模型 6 2 3 2 溫度傳感器組件模型 8 2 3 3 加熱系統(tǒng)模型 9 2 4 本章小結(jié) 1 l 3 儀器物理實(shí)現(xiàn) 1 2 3 1 硬件部分 1 2 3 1 1 傳感器設(shè)計(jì) 1 2 3 1 2 電路設(shè)計(jì) 1 4 3 1 3 外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 0 3 2 軟件部分 2 2 3 2 1 單片機(jī)主控制程序?qū)崿F(xiàn) 2 2 3 2 2 上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn) 2 5 3 3 本章小結(jié) 2 8 4 運(yùn)行參數(shù)分析 2 9 4 1 收縮溫度參數(shù)分析 2 9 4 1 1 水介質(zhì)中的測試數(shù)據(jù) 2 9 4 1 2 甘油介質(zhì)中的測試數(shù)據(jù) 3 2 4 2 升溫過程參數(shù)分析 3 3 4 2 1 攪拌模式溫度梯度 3 3 4 2 2 顯示值與實(shí)測值 3 4 4 2 3 串口通信延遲測試 3 7 4 3 本章小結(jié) 38 5 成熟度分析 3 9 5 1 儀器可靠性設(shè)計(jì) 3 9 5 1 1 可靠性概率指標(biāo) 3 9 5 1 2 產(chǎn)品壽命 3 9 5 1 3 提高可靠性方法 4 0 5 1 4 包裝和運(yùn)輸 4 1 5 1 5 可靠性測試 4 2 5 2 人機(jī)工程設(shè)計(jì) 4 3 5 2 1 人一機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 3 5 2 2 人一機(jī)一環(huán)境的關(guān)系 4 4 5 3 本章小結(jié) 一4 5 6 全文總結(jié) 4 6 至l 謝 4 7 參考文獻(xiàn) 4 8 附錄a 數(shù)字式皮革收縮溫度測量技術(shù)及裝置的研究 鑒定證書 5 0 附錄b 鑒定委員會(huì)專家鑒定意見 5 1 附錄c 主要研制人員名單 一5 3 附錄d 鑒定委員會(huì)專家名單 5 4 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄及專利 5 6 原創(chuàng)性聲明 5 7 i i r 1 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 1 緒論 儀器是人們認(rèn)識(shí)世界的工具 它是人類延長的感官系統(tǒng) 隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究 的不斷深入 許多傳統(tǒng)的儀器已經(jīng)不能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要 于是 人們對現(xiàn)代化儀 器的渴求變的越來越強(qiáng)烈 著名科學(xué)家門捷列夫說過 科學(xué)總是從測量開始的 沒有測量就沒有科學(xué) 測量 是靠測量儀器來完成的 每個(gè)時(shí)代最新最有價(jià)值的研究成果都是依靠當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的科學(xué) 測量分析儀器為基礎(chǔ)而取得的 統(tǒng)計(jì)資料顯示 從2 0 世紀(jì)2 0 年代至今8 0 多年來獲得諾 貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家當(dāng)中 有4 0 多人的研究成果直接與科學(xué)分析儀器有關(guān) 儀器是指具有測 量 檢測和測試功能的工具 裝置和設(shè)備 它通過對被測對象的測量 與基準(zhǔn)量比較后 所得出的測量信息 然后再將這種測量信息通過一些輔助手段轉(zhuǎn)化為人們能夠識(shí)別和理 解的數(shù)據(jù)或文字顯示出來 工業(yè)技術(shù)發(fā)展到今天 各種各樣的測量儀器都已經(jīng)出現(xiàn) 并且測量儀器的精度和測 量范圍都不斷提高 但是 人們的認(rèn)識(shí)無止境 人們對儀器從功能上的要求也無止境 雖然國內(nèi)外有很多企業(yè)和單位都致力于測量儀器的開發(fā)與研究 但某些行業(yè)的測量儀器 的發(fā)展水平仍然不盡人意 就以皮革行業(yè)的測量儀器為例來說 國家從7 0 年代開始就發(fā) 展振興輕工業(yè) 經(jīng)歷3 0 多年的行業(yè)建設(shè) 綜觀國內(nèi)的許多大學(xué)及研究院所 對皮革收縮 溫度的測量還是沿用最早的原理性機(jī)械式測量儀器 這種測量不但效率低下 而且通過 人為讀數(shù)所帶來的誤差也是不可避免的 1 1 原理性收縮溫度測量儀簡介 皮革收縮溫度是指皮革在緩緩受熱后 皮革纖維開始沿著自己的縱軸方向收縮 即 長度開始減小 直徑開始增加時(shí)的溫度 從熱力學(xué)的角度看 皮革的熱收縮過程是一個(gè) 焓增 熵增的過程 皮革收縮后 減少了膠原纖維的鏈間橫鍵 失去了定向力 使化學(xué) 鍵結(jié)構(gòu)的排列發(fā)生了變化 導(dǎo)致物理機(jī)械性能降低 中國輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)于1 9 8 4 年1 0 月 首次發(fā)布 皮革收縮溫度的測定 輕工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 該標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)國際皮革工藝師和化學(xué)聯(lián) 合會(huì) i u l t c s 制定的標(biāo)準(zhǔn) 1 e a t h e r p h y s i c a la n dm e c h a n i c a lt e s t d e t e r m i n a t i o no fs h r i n k a g e t e m p e r a t u r eu pt o1 0 0 發(fā)展而來的 該標(biāo)準(zhǔn)定義收縮溫度為加熱液體中的試樣 當(dāng)液 體以規(guī)定的升溫速度升溫 試樣突然收縮時(shí)所對應(yīng)的溫度陋1 1 1 1 原理性收縮溫度測量裝置 主要部件包括 1 燒杯容器 體積大于5 0 0 m l 深度大于l l o m m 2 試樣固定物 固定在距離容器底部 3 0 5 m m 處 陜西科技大學(xué)碩七學(xué)位論文 測試鉤 一端接試樣頂部 一端連接在穿過滑輪的連線上 連線的另一端 連接一個(gè)比移動(dòng)鉤重3 9 的負(fù)重塊 指示器 用來監(jiān)測移動(dòng)情況 溫度計(jì) 刻度分度為1 誤差士0 5 蒸餾水或其他加熱介質(zhì) 加熱器 能夠以 2 o 2 m i n 的速度加熱容器中的蒸餾水 攪拌器 有效攪拌容器中的水 使試樣頂部和底部的溫度差不超過1 標(biāo)準(zhǔn)試樣 樣品厚度 3 m m 取樣尺寸為 5 0 2 m m 3 0 0 2 t u r n 樣品厚度 3 m m 5 0 2 m m 2 0 0 2 r n n l i 一滑輪 2 一撓錯(cuò)t 3 9 3 一籀樂器 4 一瀑度 i 5 一試樣磚l 定鈁 6 一容器l 7 一試撣 s 一測試鈞 圖1 1 毛皮收縮溫度測定儀原理圖 f i g1 1t h es c h e m eo fm e a s u r i n g t h el e a t h e r ss h r i n k a g et e m p e r a t u r e 1 1 2 測量步驟 1 在玻璃試管中加入 5 5 士0 5 m l 的蒸餾水 將試樣浸入其中 2 將試管放入干燥器中 使試管保持合適的狀態(tài) 將干燥器抽真空并保持真空 度在4 k p a 以下l m i n 一2m i n 3 將空氣進(jìn)入干燥器 繼續(xù)保持試樣浸潤在水中l(wèi) h 2 h 4 將試樣的一端固定在式樣固定物上 另一端連接在測試鉤上 調(diào)整細(xì)線 滑 輪和負(fù)重塊 使式樣能夠被正常拉伸 5 將足夠的濕熱的蒸餾水加入到容器中 使水面至少超過式樣頂部3 0 m m 6 加熱水 并保持水的升溫速度為 2 士0 2 m i m 7 每隔3 0 s 記錄一次溫度和相應(yīng)的指示器的讀數(shù) 直到式樣明顯地收縮時(shí)記錄 2 3 4 5 6 7 8 9 l l l k k k k 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 對應(yīng)的溫度直到沸騰 8 檢查記錄數(shù)據(jù)或指示器與響應(yīng)溫度所形成的曲線 找出試樣從最大長度收縮 到9 9 7 時(shí)的對應(yīng)溫度 記錄這個(gè)溫度為收縮溫度 從以上的操作過程可以看出 這種測量收縮溫度的方法有幾處難以實(shí)現(xiàn) 首先 要 保持水的均勻升溫過程 就需要采用一定的加熱控制方法 其次 每隔3 0 秒進(jìn)行一次數(shù) 據(jù)記錄 如果皮革樣品的收縮溫度在8 0 c 左右 而水是從3 0 c 開始加熱算起 按照每分 鐘2 c 的均勻升溫 那么就要將近做1 0 0 多次記錄 而這如果要用人工來完成 其工作 量是相當(dāng)大的 并且人工記錄過程中也存在著讀數(shù)誤差甚至讀錯(cuò)數(shù)字 還有 采用原理性 收縮溫度儀進(jìn)行測量的這種測量方法效率低下 再加之要對記錄數(shù)據(jù)的人工處理才能得 出結(jié)論 自動(dòng)化水平遠(yuǎn)不能達(dá)到現(xiàn)代測量儀器的要求口1 1 2 皮革溫度收縮儀發(fā)展現(xiàn)狀 從2 0 世紀(jì)7 0 年代開始制定測量標(biāo)準(zhǔn)以來 收縮溫度測定儀相繼經(jīng)歷了機(jī)械指針式 磁控加熱式 傳感器感應(yīng)接觸式等不斷的升級換代產(chǎn)品 例如浙江余姚生產(chǎn)的g j 9 0 型 指針式皮革溫度收縮儀 其工作就是按照基本原理來進(jìn)行測量 并且加熱過程中的均勻 升溫也沒有得到有效控制 還有成都樺明公司和山東紡織研究院分別研制的收縮溫度測 定儀 都因?yàn)樵诋a(chǎn)品功能和操作性能方面不能很好滿足客戶需求而未被市場廣泛認(rèn)可和 接受 因此 市場對皮革收縮溫度測量儀不斷升級改進(jìn)的需求從來就沒有停止過 以陜 西科技大學(xué)陽光電子研究所寧鐸教授牽頭 聯(lián)合資源環(huán)境學(xué)院馬建中教授和機(jī)電學(xué)院曹 西京教授 經(jīng)過多年致力于對皮革收縮溫度儀器的研究 先后進(jìn)行了幾代產(chǎn)品的研發(fā)設(shè) 計(jì)和改進(jìn) 第一代產(chǎn)品是完全根據(jù)收縮溫度標(biāo)準(zhǔn)測量的原理機(jī)的要求 原理機(jī)是純粹基 于機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測量的 雖然是按照標(biāo)準(zhǔn)的原理來進(jìn)行設(shè)計(jì)測量的 但測量的 精確度并不理想 且由于人為造成的安裝和讀數(shù)誤差直接影響測量的重復(fù)性 第二代產(chǎn) 品從測量原理上對原理機(jī)的測量方法進(jìn)行了改良 將以前的直接式測量改為間接式測量 將機(jī)械式測量升級為機(jī)電結(jié)合式測量 測量方法的改進(jìn) 直接促使了測量效率 測量精 度以及測量靈敏度的提高 隨著用戶提出要同時(shí)進(jìn)行對比性測量試驗(yàn)和多樣品測量的需 求 第三代產(chǎn)品也就隨之產(chǎn)生 借助于電飯煲的可控加熱環(huán)境 不但實(shí)現(xiàn)了原定標(biāo)準(zhǔn)中 對水溫均勻上升的要求外 同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了一次測量多個(gè)樣品的愿望 然而 需求無止境 有些皮革樣品的收縮溫度高于水的沸點(diǎn) 所以電飯煲由于加熱介質(zhì)水沸點(diǎn)的限制 就不 能再滿足要求了 并且 電飯煲的加熱控制規(guī)律并不是標(biāo)準(zhǔn)中要求的2 c m i n 的均勻加 熱升溫過程 為了嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)參數(shù)要求 第四代產(chǎn)品就基本上摒棄了原來的借 助于其他產(chǎn)品來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的老辦法 而采用完全獨(dú)立的設(shè)計(jì)風(fēng)格 從傳感器安裝盒到主 機(jī)控制箱都完全根據(jù)傳感器設(shè)計(jì)的幾何尺寸和電路控制板電氣規(guī)范來完成整機(jī)總體樣式 的設(shè)計(jì) 最終 目前我們所看到的第四代收縮溫度測量儀器是采用非觸式測量 利用現(xiàn) 陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 代傳感器技術(shù) 結(jié)合單片機(jī)控制和通信手段 將古老傳統(tǒng)的測量儀器改進(jìn)為滿足實(shí)際生 產(chǎn)需要的機(jī)電 通信一體化相結(jié)合的現(xiàn)代化測量儀器h m 引 1 3 論文的體系結(jié)構(gòu) 本論文以精密測量儀器的研發(fā)過程為主線 對象為第四代數(shù)字皮革溫度收縮儀器 該儀器的研發(fā)曾得到陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目的支持 論文主要以應(yīng)用層面來 進(jìn)行論述 研發(fā)的成果最終將以商品的形式投放到市場加以推廣 從而實(shí)現(xiàn)科技成果產(chǎn) 業(yè)化 整篇論文按照以下順序論述 第一章為緒論 通過對測量儀器的重要性概述引出皮革收縮溫度的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 然后 總體概述皮革收縮溫度測量儀器的研究歷程和目前的水平 第二章為方案設(shè)計(jì)和模型分析 圍繞測量過程中的關(guān)鍵量溫度和位移來介紹最新儀 器的設(shè)計(jì)思路 然后就三個(gè)關(guān)鍵的功能模塊以模型化來進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)分析和討論 第三章是儀器物理實(shí)現(xiàn) 分別從傳感器部分 電路部分 軟件部分及外圍結(jié)構(gòu)四部 分進(jìn)行具體的設(shè)計(jì) 第四章是儀器運(yùn)行參數(shù)分析 根據(jù)不同單位使用儀器測量時(shí)所獲得測試數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn) 要求進(jìn)行分析 確定儀器的設(shè)計(jì)精度和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)是否符合要求 第五章是儀器成熟度分析 站在真正的工業(yè)產(chǎn)品的高度 對儀器進(jìn)行更深入的設(shè)計(jì) 指標(biāo)考量 從儀器的可靠性 可維護(hù)性和外觀設(shè)計(jì)方面考察收縮溫度測量儀器的成熟度 問題 第六章為全文總結(jié) 對整篇論文進(jìn)行概括 總結(jié)出自己的設(shè)計(jì)心得和獲得的經(jīng)驗(yàn) 對儀器的使用前景進(jìn)行評估 4 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 2 方案設(shè)計(jì)與模型分析 2 1 測量原理 根據(jù)輕工行業(yè)皮革收縮溫度的測量標(biāo)準(zhǔn) q b t2 7 1 3 2 0 0 5 皮革收縮溫度描述為皮 革在均勻升溫的液體介質(zhì)中皮革試樣收縮到原來長度的9 9 7 時(shí)所對應(yīng)的收縮溫度 從 定義可以看出 在皮革收縮溫度的測量過程中 有兩項(xiàng)指標(biāo)需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制 一個(gè) 是均勻升溫速度 2 r a i n 另一個(gè)是判斷收縮長度為原長的9 9 7 因此 在皮革收縮過程中 主要監(jiān)測兩個(gè)物理量 溫度 t 和位移 d 其中溫 度量的上升是一個(gè)獨(dú)立的過程 通過特定的加熱控制裝置來實(shí)現(xiàn) 測量試樣的位移量與 其所處的溫度環(huán)境是相關(guān)聯(lián) 它是隨著溫度的變化呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律 也就是說 皮革樣品的位移量與所處的環(huán)境溫度滿足一定的函數(shù)關(guān)系 d f t 2 1 在實(shí)際過程中 我們通過監(jiān)測預(yù)期位移 d o 的變化而得出對應(yīng)的收縮溫度 t o 可以 通過反求 2 1 得到 t o f j d o 2 2 通過對皮革收縮規(guī)律的測量統(tǒng)計(jì)分析 皮革在受熱環(huán)境中的收縮形變規(guī)律是非線性 而 且這種非線性的影響因素特別多 具體的影響因素將在后續(xù)章節(jié)中來討論 2 2 設(shè)計(jì)方案 一套功能完善 工作可靠的測量儀器 需要諸多方面知識(shí)來支撐 需要不同領(lǐng)域的 專家來共同完成的 對測量儀器來說 其測量精確度是首要的設(shè)計(jì)目標(biāo) 因?yàn)閮x器給出 的數(shù)據(jù)基本上都是提供給其他工程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 如果標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)精度都不夠的話 其 他的設(shè)計(jì)就無從談起 6 儀器要具備競爭力 適應(yīng)多樣的工作環(huán)境 就必須提高其工作 可靠性以及可維護(hù)性 另外 被市場接受的產(chǎn)品成熟度衡量指標(biāo)還有一項(xiàng)就是外形設(shè)計(jì) 它是用來考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人性化 它是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高級階段 考慮到人的工作舒適度 和人們的日常工作習(xí)慣 再結(jié)合科學(xué)的操作方法而進(jìn)行的工程設(shè)計(jì) 最新改進(jìn)型的皮革收縮溫度檢測儀依然是立足于基本量位移和溫度的測量 其目的 仍然是測量毛皮類物品的受熱收縮溫度 但現(xiàn)在的測量方法是通過感知電磁量的變化進(jìn) 行非接觸式的間接測量 利用霍爾傳感元件將變化的磁場轉(zhuǎn)化為可處理的電信號(hào)作為輸 出 將位移的變化通過磁場的變化反映出來 再通過信號(hào)調(diào)理電路送入單片機(jī)進(jìn)行處理 處理結(jié)果的信息通過液晶和上位終端來進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示 7 均勻升溫的過程采用單片機(jī)來 控制 通過負(fù)反饋的控制方法來保證對被加熱液體進(jìn)行均勻加熱升溫 同時(shí) 考慮到規(guī) 范的專業(yè)化測量 測量的樣品采用專門設(shè)計(jì)的取樣器來獲得 來保證測量效果的一致性 陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 和準(zhǔn)確性 8 1 檢測儀器的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要組成模塊如圖2 1 所示 傳感器卜 叫變送電路 a d 轉(zhuǎn)換電路 中央處理單元 旦 筮送皇墅il 叫其他接u 電 圖2 1 儀器的基本組成原理圖 f i g2 1t h e b a s i cp r i n c i p l ef o ri n s t r u m e n td e s i g n 確定了以上的總體實(shí)施方案后 接下來就應(yīng)該對每一個(gè)功能單元模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn) 不 同的功能模塊完成不同的功用 也就需要相關(guān)的理論知識(shí) 綜合整個(gè)系統(tǒng)來看 要完成 整臺(tái)儀器的制作 需要具備的知識(shí)包括 傳感器理論 信號(hào)處理 數(shù)字模擬量相互轉(zhuǎn)換 自動(dòng)控制理論 液晶顯示理論 通信理論 基本電路理論以及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 同時(shí) 基 于測量檢測儀器的設(shè)計(jì)也要注意到以下的設(shè)計(jì)目標(biāo) 1 測量精度 常用測量誤差的大小來表示 包括絕對誤差和相對誤差 2 測量范圍 在達(dá)到和滿足預(yù)定測量精度的條件下 儀器能測量或檢測的被測物 理量的區(qū)間大小 3 靈敏度 儀器輸出變化量與相應(yīng)輸入變化量的比值 4 分辨率 儀器讀數(shù)能分辨的最小物理量 5 線性度 由于儀器輸入輸出測量特性曲線的非線性特性所導(dǎo)致的實(shí)際測量特性 曲線與參比直線之間的最大偏差與儀器量程的比值j 6 穩(wěn)定性 儀器在任何時(shí)刻對于同一物理量進(jìn)行測量 所獲得的測量結(jié)果的一致 程度 7 重復(fù)性 當(dāng)被測量在全量程范圍內(nèi)連續(xù)變化時(shí) 儀器在相同條件下按照被測量 同一變化方向經(jīng)過多次重復(fù)測量 所得的輸入輸出測量特性曲線的一致性程度 2 3 模型分析 2 3 1 霍爾傳感器組件模型 根據(jù)皮革材料收縮溫度的測量原理 最終要獲得的數(shù)據(jù)是樣品在熱環(huán)境中的收縮到 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定收縮量時(shí)對應(yīng)的溫度值 但其測量的實(shí)質(zhì)是觀測樣品長度的變化量 因此采用 霍爾傳感器來感知長度的變化無疑是一個(gè)非常好的選擇 因?yàn)榛魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)磁場變 化來工作的 這罩將位移的變化通過磁場的變化來反映 一方面可以改善機(jī)械式測量中 6 量一 一 理一 一器物t i 上行 塑 一執(zhí) 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 摩擦力對測量精度的影響 另一方面還可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測量 從而保證了傳感器的工 作可靠性和使用壽命 將鋁鎳鈷圓柱磁鋼與被測樣品連成一體 通過選擇一定虎克系數(shù) 的彈簧提供拉伸預(yù)緊和零狀態(tài)恢復(fù) 霍爾傳感器則固定不動(dòng) 樣品的收縮變化帶動(dòng)磁鋼 移動(dòng) 從而為傳感器提供了一個(gè)變化的磁場 這個(gè)變化的磁場能夠反映位移量 從而將 位移量通過磁場媒介 最終以電壓量的形式送入控制系統(tǒng)來進(jìn)行處理 3 具體的霍爾傳 感器組件模型如圖2 2 所示 表2 1 霍爾傳感器組件設(shè)計(jì)參數(shù)表 t a b2 1p a r a m e t e ro fh a l ls e n s o rg r o u p w a r e 主要項(xiàng)目參數(shù) 工作電壓 v d c 工作磁場區(qū)域 輸出電壓范圍 v 靈敏度 m v g 線性度 o fs p a n 虎克系數(shù) n m m 5 v 一6 7 0 g s 6 7 0 g s 0 2 一4 8 3 1 2 5 0 1 2 5 1 o 0 1 圖2 2 霍爾傳感器組件模型圖 f i g2 2t h em o d e lo fh a l ls e n s o rg r o u p w a r e 從理論上來講 霍爾傳感器 s s 4 9 5 的輸出電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度在一定的范圍內(nèi)表 現(xiàn)出很好的線性關(guān)系 資料表明 10 1 在一6 4 0 9 a u s s 到6 4 0 9 a u s s 之間 傳感器的輸出電壓 與磁感應(yīng)強(qiáng)度保持很強(qiáng)的線性關(guān)系 如圖2 3 所示 v o u t 了v u l l 么 5v o l t s i 6 4 0 3 2 0 03 2 0 6 4 0 g a u s s 圖2 3 輸出電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線 f i g2 3t h ec u r v eo fo u t p u tv o l t a g ea n dm a g n e t i z a t i o n 但是 采用直徑7 2 5 m m 的鋁鎳鈷圓柱磁鋼 3 從其軸線截面a 位置 磁感應(yīng)強(qiáng)度約 為7 0 0 9 a u s s 到軸線截面b 位置 磁感應(yīng)強(qiáng)度約為5 3 0 9 a u s s 相距5 m m 的空間內(nèi) 磁場 陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 強(qiáng)度大致可降為1 7 0 高斯 磁鋼周圍的磁場分布如圖2 4 所示 沿軸截面線的磁感應(yīng)強(qiáng) 度變化曲線如圖2 5 j o 影弋心乇 緲一7 j 圖2 4 磁鋼周圍的磁場分布 f i g 2 4m a g n e t i cd i s t r i b u t i o na r o u n dt h ea l n i c o 圖2 5 沿軸截面線磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線 f i g2 5t h ec u r v eb e t w e e no u t p u t v o l t a g ea n dd i s p l a c e m e n t 從以上的圖線可以得知 在0 3 m m 范圍內(nèi)存在飽和區(qū) 從3 m m 5 m m 位移區(qū)間的磁 感應(yīng)強(qiáng)度變化線性度較好 皮革材料的收縮規(guī)律也表明 在收縮溫度點(diǎn)附近 樣品的收 縮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原長0 3 收縮過程為突變過程 所以可以這樣認(rèn)為 在保證滿足一定的 測量誤差的前提下 磁感應(yīng)強(qiáng)度在3 m m 5 m m 位移區(qū)間內(nèi)的非線性對收縮溫度的測量的 影響是可以忽略的 2 3 2 溫度傳感器組件模型 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)2 m i n 加熱升溫條件 因此對溫度傳感器的選擇和及其組件的 設(shè)計(jì)都要有相當(dāng)高的要求 這里選用美國模擬器件公司生產(chǎn)的a d 5 9 0 溫度傳感器作為溫 度采集單元 a d 5 9 0 是單片集成兩端感溫電流源 其實(shí)質(zhì)是一種半導(dǎo)體集成電路 它是 利用晶體管的b e 結(jié)壓降的不飽和值v b e 與熱力學(xué)溫度t 和通過發(fā)射極電流i 的關(guān)系實(shí)現(xiàn) 8 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 對溫度的檢測 1 2 集成溫度傳感器具有線性好 精度適中 靈敏度高 體積小 使用方 便等優(yōu)點(diǎn) 得到廣泛應(yīng)用 由于溫度傳感器是整個(gè)測量溫度最關(guān)鍵的部分 同時(shí) 溫度 傳感器又經(jīng)常工作在相對惡劣的環(huán)境中 因此 為了保證溫度傳感器保持長期可靠地工 作 就必須為此設(shè)計(jì)一套安全可靠的保護(hù)外殼 具體的組件安裝如圖2 6 所示 溫度傳 感器組件 a d 5 9 0 的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2 2 卜信號(hào)線2 一密封膠3 一定位塊 4 一固定絲5 一保護(hù)套管6 一導(dǎo)熱硅脂7 a d 5 9 0 圖2 6 溫度傳感器組件模型圖 f i g2 6t h em o d e lo f t e m p e r a t u r es e n s o rg r o u p w a r e 表2 2 溫度傳感器組件 a d 5 9 0 的設(shè)計(jì)參數(shù) t a b2 2p a r a m e t e ro ft e m p e r a t u r es e n s o rg r o u p w a r e 主要項(xiàng)目參數(shù) 工作電壓 v d c 工作溫度范圍 輸出電流變化率 靈敏度 m v g 線性度 o f s p a n 輸出電阻 q 管容器規(guī)格 安裝體積 m m 3 整個(gè)傳感器組件的設(shè)計(jì)要求安裝方便 工作可靠 外層保護(hù)殼的選擇是按照以下因 素來考慮實(shí)現(xiàn)的 一方面 要耐腐蝕性好 因?yàn)闇囟葌鞲衅鹘M件是長期浸在液體中 液 體中有時(shí)候還存在很多酸堿性物質(zhì) 因此 要盡量選擇很強(qiáng)的耐腐蝕的材料作為保護(hù)外 殼 另一方面 保護(hù)外殼需要有良好的導(dǎo)熱性能 因?yàn)?關(guān)鍵的感溫器件 a d 5 9 0 是 放置在保護(hù)殼內(nèi)部的 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是一個(gè)溫度要求動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng) 感溫元件要能夠及 時(shí)感應(yīng)到外界的溫度變化 中間的這層保護(hù)殼就必須存在很小的熱阻 以使得外部的熱 溫度信息能夠及時(shí)地傳遞給內(nèi)部的溫度傳感器 這樣才能保證系統(tǒng)工作的精確度 這里 采用導(dǎo)熱良好的不銹鋼材料 同時(shí)在感溫元件和保護(hù)殼之間填充導(dǎo)熱硅脂 以便使得感 溫元件能夠很好的工作 2 3 3 加熱系統(tǒng)模型 加熱環(huán)節(jié)是由單片機(jī)控制可控硅來實(shí)現(xiàn)加熱條件 加熱控制信號(hào)由單片機(jī)提供 溫 度傳感器將實(shí)時(shí)采集到的溫度信號(hào)送入單片機(jī)控制單元 由程序判斷是否需要加熱 發(fā) 出控制加熱指令 其加熱系統(tǒng)方塊圖 1 3 如圖2 7 所示 9 坦 一 一 一 一 一 一 陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 7 加熱系統(tǒng)方塊圖 f i g2 7t h eb l o c kd i a g r a mo fh e a t i n gs y s t e m 由于本系統(tǒng)為低電平控制高電壓工作 為保證其工作安全性和可靠性 故在加熱電 路中采用光耦開關(guān)來進(jìn)行隔離 1 4 通過間接控制晶閘管的導(dǎo)通 來控制是否加熱 另外 晶閘管的關(guān)斷是在其過零時(shí)刻自動(dòng)關(guān)斷 實(shí)際系統(tǒng)中選用的晶閘管型號(hào)為b t a 0 6 a 容 許的最大工作電流為6 a 工作期間雙向?qū)?具體的工作電路圖2 8 所示 圖2 8 加熱系統(tǒng)電路控制圖 f i g2 8t h es c h e m a t i cc i r c u i to fh e a t i n gs y s t e m 在加熱過程中 對流 傳導(dǎo)和輻射三種熱傳遞的方式都存在 加熱爐絲對容器的加熱方 式以輻射為主 而液體內(nèi)部則主要以對流方式進(jìn)行傳熱 l5 1 由于對流作用需要時(shí)間 因 此 容器和內(nèi)部液體構(gòu)成了一個(gè)傳熱延時(shí)系統(tǒng) 液體內(nèi)部的熱阻使得溫度的變化具有一 定的慣性 溫度控制過程表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)圖表就會(huì)是一個(gè)鋸齒狀的上升過程 如圖2 9 所示 圖2 9 加熱過程溫度曲線圖 f i g2 9t h et e m p e r a t u r ec u r v ed u r i n gt h eh e a t i n gp r o c e s s 1 0 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 2 4 本章小結(jié) 本章首先從收縮溫度測量儀器的測量原理給出了數(shù)學(xué)模型 提出了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量的 兩個(gè)關(guān)鍵量 溫度和位移 然后根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求和客戶提出的新需要 從可靠性 可 維護(hù)性 美觀性以及后續(xù)的可升級性的角度 提出了第四代測量儀的總體設(shè)計(jì)方案 最 后給出了實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)方案的三個(gè)關(guān)鍵模型 霍爾傳感器組件模型 溫度傳感器組件模 型 以及加熱系統(tǒng)模型 并且給了概括性的說明 為后面收縮溫度測量儀器的物理實(shí)現(xiàn) 提供了理論依據(jù) 陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 儀器物理實(shí)現(xiàn) 3 1 硬件部分 硬件部分是整個(gè)儀器中參數(shù)不可改變的部分 包括傳感器部分 電路板控制部分 機(jī)體結(jié)構(gòu)部分 硬件的設(shè)計(jì)本著簡單 可靠 美觀 實(shí)用的原則 依照功能實(shí)現(xiàn) 精度 達(dá)標(biāo) 高可靠性和人機(jī)工程的開發(fā)思路 具有可擴(kuò)展和可升級功能 3 1 1 傳感器設(shè)計(jì) 傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)化為與之有確定性對應(yīng)關(guān)系的 便于利 用的某物理量的元件或裝置 它是測控儀器最關(guān)鍵的部分 系統(tǒng)的所有原始數(shù)據(jù)都來自 傳感器的信號(hào)輸出 傳感器的技術(shù)特性指標(biāo)分為靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 靜態(tài)技 術(shù)特性指標(biāo)包括測量范圍與量程 線性度 靈敏度 靈敏度誤差 延遲特性 重復(fù)性 分辨力與分辨率 穩(wěn)定性與工作溫度范圍 靜態(tài)綜合誤差特性 動(dòng)態(tài)技術(shù)特性指標(biāo)包括 響應(yīng)時(shí)間與穩(wěn)定時(shí)間 傳感器的帶寬 臨界頻率 臨界速度 動(dòng)態(tài)綜合誤差特性 l 6 傳感器是儀器系統(tǒng)關(guān)鍵的部分 它直接接受外界的信號(hào) 并將接受到的信號(hào)傳入中 央處理單元來進(jìn)行處理 傳感器傳入信號(hào)質(zhì)量的好壞將直接決定著系統(tǒng)對外界問題的處 理結(jié)果 因此可以說 傳感器的設(shè)計(jì) 從儀器的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)角度來講 就變的至關(guān)重要 表3 1 傳感器選擇應(yīng)考慮的因素表 t a b3 1i n f l u e n c i n gf a c t o r sf o rc h o o s i n gs e n s o r 皮革收縮溫度測定儀中的傳感器部分包括溫度傳感器和位移傳感器 其安裝結(jié)構(gòu)圖 可參見第二章中傳感器組件模型的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)按照表3 1 中提到的需要考慮的因素來 進(jìn)行設(shè)計(jì) 結(jié)合需要達(dá)到的測量標(biāo)準(zhǔn)和整體設(shè)計(jì)尺寸通盤考慮 這里主要考慮的因素是 工作靈敏度和工作可靠性問題 因?yàn)槲灰剖桥c被測的皮革樣品連接在一起的 工作時(shí)位 移傳感器一直處于高溫高濕的蒸汽環(huán)境中 雖然外圍采用了保護(hù)裝置 但長期處于濕熱 的蒸汽環(huán)境中 勢必加速了空氣對傳感器外層保護(hù)殼的氧化浸蝕作用 影響到傳感器的 1 2 長期工作的可靠性 要提高工作可靠性 目前就是通過選擇外層保護(hù)殼體的材質(zhì) 以及 內(nèi)部長期疲勞工作的彈簧 來滿足對系統(tǒng)的可靠性方面的要求 結(jié)合成本和制作工藝性 等方面的考慮 采用不銹鋼材料可以制作傳感器保護(hù)外殼 內(nèi)部近程恒力彈簧也選擇不 銹鋼材料來制作 保證長期使用過程中的可靠回復(fù)力 以及取得長期耐用的效果 溫度傳感器設(shè)計(jì)主要考慮的是工作可靠性的問題 溫度采集單元 a d 5 9 0 是直接 購買的現(xiàn)成芯片 這里要做的事情就是把a(bǔ) d 5 9 0 進(jìn)行可靠封裝 能夠靈敏感應(yīng)到外界溫 度變化 通過實(shí)驗(yàn)及樣機(jī)使用客戶反饋回來的故障率信息得出結(jié)論 溫度傳感器是整個(gè) 測試儀器故障率最高的部分 究其原因 主要是因?yàn)闇囟葌鞲衅魇峭ㄟ^一層保護(hù)裝置直 接浸沒在加熱介質(zhì)水或者甘油中 通常加熱介質(zhì)是水 由于長時(shí)間在加熱介質(zhì)水中浸泡 水中的氧化作用要明顯強(qiáng)于空氣 再加之皮革樣品一般也都是經(jīng)過化學(xué)處理過的物質(zhì) 樣品浸入水中后將導(dǎo)致水中的酸堿離子濃度增加 這樣就更加劇了水對傳感器保護(hù)殼的 腐蝕作用 結(jié)果就難免要破壞保護(hù)殼的完整性 對傳感器的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生影響 早期 出于對于成本和加工難易程度方面的考慮 采用合金鋁材料作為保護(hù)外殼 通過使用發(fā) 現(xiàn) 合金鋁材料的耐腐蝕性能不理想 長期使用后表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕坑點(diǎn) 嚴(yán)重時(shí)會(huì)有穿 孔現(xiàn)象產(chǎn)生 這就導(dǎo)致液體滲入保護(hù)殼內(nèi) 從而使溫度傳感器出現(xiàn)短路故障 無法保證 傳感器正常工作 因此從長期使用的高可靠方面來講 這種問題必須進(jìn)行有效解決 通 過對市場上常用材料的選用測試 最終將合金鋁材料改換成不銹鋼材料后 效果明顯改 善 不銹鋼材料的自潔能力很強(qiáng) 每次測量完成后溫度傳感器從液體中取出 表面幾乎 不粘連其它的物質(zhì) 多次測量后表面依舊如新 位移傳感器的設(shè)計(jì) 它的設(shè)計(jì)思路是采用非接觸式位移測量原理 本位移測量系統(tǒng) 是利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)的n7 1 其原理示意圖如圖3 1 所示 位移測量系統(tǒng)中的霍爾傳感 器和磁鋼元件按照圖3 1 所示的位置進(jìn)行安裝 磁鋼和被檢測皮樣連接在一起 在整個(gè) 測量過程中 只有掛樣架和皮樣浸入在高溫加熱介質(zhì)中 這種測量方式能夠避免高溫介 質(zhì)對霍爾傳感器的性能參數(shù)產(chǎn)生影響 從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性 陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 霍 檢測架 樣絮 圖3 1 非接觸式位移傳感器的示意圖 f i g3 it h es c h e m a t i cd i a g r a mo fd i s p l a c e m e n ts e n s o rw i t hn o n t o u c hm e a s u r e m e n t 為了保證實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于皮革樣品必須在3 9 恒力下測量的規(guī)定 磁缸下面裝有經(jīng)過測 試的胡克系數(shù)為o 1 n m m 的恒拉力彈簧 其恒拉力是保證皮革樣品在整個(gè)測試過程中始 終受到向上的3g 恒力作用 保證原始測量標(biāo)準(zhǔn)中對測量過程中恒定拉力的要求 向上 的3 9 恒拉力由彈簧彈力減去標(biāo)準(zhǔn)掛鉤和皮革樣品的重力來實(shí)現(xiàn)的 3 1 2 電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)是儀器設(shè)計(jì)的核心部分 關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn)和儀器的測量精度都與電路處 理部分息息相關(guān) 從傳感器傳送來的電信號(hào) 要經(jīng)過放大處理以匹配到a d 轉(zhuǎn)換的基 準(zhǔn)電平 模擬量要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被單片機(jī)處理 在整個(gè)工作工程中要保證不同單 元的邏輯工作順序 同時(shí)也要考慮強(qiáng)電對弱電的影響 強(qiáng)電轉(zhuǎn)換過程中的發(fā)熱問題等 電路部分的設(shè)計(jì)總體上按照數(shù)字部分和模擬部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì) 其數(shù)字部分基本上采 用市面上比較成熟的集成芯片來直接利用 集成芯片都是經(jīng)過規(guī)范設(shè)計(jì)和測試 做的 可靠的模塊 這樣不僅降低了設(shè)計(jì)難度和研發(fā)成本 同時(shí)也使得整個(gè)控制電路安全性 和可靠性大幅度的提高 模擬電路的功能是要完成采集信號(hào)的放大 模擬數(shù)字相互轉(zhuǎn) 化 串口通信以及顯示驅(qū)動(dòng) 下面將一一介紹 1 運(yùn)算放大電路 運(yùn)算放大是對輸入信號(hào)的處理 它是a d 轉(zhuǎn)換模塊之前的一個(gè)工作環(huán)節(jié) 主要任 務(wù)是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為與a d 轉(zhuǎn)換模塊標(biāo)準(zhǔn)工作電平相對應(yīng)的電壓區(qū)域 a d 5 9 0 在 2 5 時(shí)對應(yīng)輸出電流為 2 9 8 2 5 ua 其測量上限到 1 5 0 按照lp k 的線性升 溫 1 5 0 對應(yīng)的電流輸出應(yīng)該是 4 2 3 2 5 ua 約為4 2 5l aa 的電流通過i o k q 的電阻后對應(yīng)的電壓為4 2 5 v 然后再通過放大器b 的線性平移 最終在放大器c 上的 1 4 皮革收縮溫度測量儀的研制與改進(jìn) 輸入電壓設(shè)計(jì)為1 5 v 1 5 0 c 時(shí)對應(yīng)電壓 對應(yīng)a d 轉(zhuǎn)換模塊上的標(biāo)準(zhǔn)5 v 電平 所以 需要對傳感器的輸入電壓進(jìn)行放大處理 放大倍數(shù)為b 5 1 5 3 3 3 圖3 2