華中科技大學(xué)-測控技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2013-2014學(xué)年度第二學(xué)期測控技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告——電壓校準(zhǔn)、熱電阻測溫院系： 自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級： 測控1102班 黃為指導(dǎo)老師：黃為實(shí)驗(yàn)成績： 實(shí)驗(yàn)一電壓測量基本實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜KXT-I的系統(tǒng)開發(fā)方法；熟悉KeilC軟件開發(fā)環(huán)境；熟悉CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀的電壓測量的基本功能。二、 基本原理利用綜合實(shí)驗(yàn)儀的模擬通道可實(shí)現(xiàn)高精度的電壓測呈。綜合實(shí)驗(yàn)儀采用的100kspsl2位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC,這種類型的A/D轉(zhuǎn)換器由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低。綜合實(shí)驗(yàn)儀的內(nèi)部芯片C8051F005包括一個(gè)逐次逼近寄存器型AD。其基本模擬輸入轉(zhuǎn)換通道的結(jié)構(gòu)如圖所示。模擬通道包括多路模擬開關(guān)(AMUX),可編程增益放大器(PGA),12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器等。人必岡AIN1岡All12^A/N3岡A陽岡働5區(qū)｝A"嘔MJ7岡ADCOGTHADCOGTLADCOLTLAD'HINT>1AMXOSL人必岡AIN1岡All12^A/N3岡A陽岡働5區(qū)｝A"嘔MJ7岡ADCOGTHADCOGTLADCOLTLAD'HINT>1AMXOSLADCOCF溫度傳感器久GNQT2QV\CWVS7R—AC9USY(w)ADCENAVi由ADCOLTHAMXOCF940-1AMUX(SEorDIFF)AGND12位8ARADC r* eJ「ADCOCN圖ADC接口三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：取一直流電壓（如CSY-3000應(yīng)變電橋?qū)嶒?yàn)?zāi)K的輸出），接入CKXT-I實(shí)驗(yàn)儀的主模擬輸入通道，編程實(shí)現(xiàn)該直流電壓的測量，獲得測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：CSY-3000實(shí)驗(yàn)儀；CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀；信號源；萬用表。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 在CSY-3000實(shí)驗(yàn)儀上找出電壓輸出接口，用導(dǎo)線分別將其接入CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀的電壓采集端口ADO和AG7D端口。2、 在本次試驗(yàn)中，為了獲得較高精度，采用電壓采集輸入端口ADO采集模擬電壓信號。3、 在CSY-3000實(shí)驗(yàn)儀上找出電壓表測量輸入接口，將CSY-3000實(shí)驗(yàn)儀上測得的電壓值作為參考標(biāo)準(zhǔn)電壓，將CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀作為待標(biāo)定的電壓。

O41i!o-inOIMO]?AIITO OIToC-5T?UTKill'oc?(W?【期跌貓緘就華冷技焙控解學(xué)與工程系oO.]O IfCOM?<Skf分壓網(wǎng)絡(luò)與接線圖4：$lKMrcotonroi-O41i!o-inOIMO]?AIITO OIToC-5T?UTKill'oc?(W?【期跌貓緘就華冷技焙控解學(xué)與工程系oO.]O IfCOM?<Skf分壓網(wǎng)絡(luò)與接線圖4：$lKMrcotonroi-說明:1、 CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀按要求接線，其中ADO端口用于釆集模擬電壓信號。2、 分壓網(wǎng)絡(luò)a端接CSY-3000實(shí)驗(yàn)儀上2V標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，所有接地端接到一起。3、 編程，采集并記錄測量得到的電壓值4、 改變滑動(dòng)變阻器的阻值，得到不同電壓值用于標(biāo)定CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀上的電壓關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中通過采集模擬IV和電壓，通過擬合線性關(guān)系得出電壓值并通過數(shù)碼管顯示。5、 標(biāo)定之后比較實(shí)際電壓值與單片機(jī)顯示電壓值進(jìn)行比較觀察誤差。五、 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論通過按照實(shí)驗(yàn)電路圖進(jìn)行接線，并通過keil軟件與CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行調(diào)試后，CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀在電壓校準(zhǔn)后數(shù)碼管上顯示的電壓值與實(shí)際電壓值的誤差為Omm或者lmm,說明測量誤差控制在很小的范圍內(nèi)，達(dá)到電壓測疑的目的。六、 核心程序注釋Rt=RtO[l+a(t-tO)]

明顯優(yōu)于100明顯優(yōu)于100歐姆的鎧熱電阻，只要用于65(TC以上的溫區(qū):100歐姆鎧熱電阻主要用于65(TC以下的溫區(qū)，雖也可用于6509以上溫區(qū)，但在650乜以上溫區(qū)不允許有A級誤差。100歐姆鎧熱電阻的的分辨率比10歐姆鎧熱電阻的分辨率大10倍，對二次儀表的要求相應(yīng)地一個(gè)數(shù)量級，因此在650r以下溫區(qū)測溫應(yīng)盡量選用100歐姆鎧熱電阻。5、將電阻值的測量轉(zhuǎn)換為電阻兩端電壓的測量溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０寮斑B線圖(圖1):溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?15wUoRv2ORaio按主"15wUoRv2ORaio按主tn各購Rw3O將O將Vo接綜具體電壓測量電路如下:電阻箱電阻與R3、RLRwl、R4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。調(diào)R譏使電橋平衡，即橋路輸出端b和中心活動(dòng)點(diǎn)之間輸出為零。調(diào)Rvv3使V02=0,接上數(shù)顯單元，撥2V電壓顯示檔，使數(shù)顯為零，去除放大器零漂電壓。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)Rw2荻得合適的增益，以便于電壓值的測量顯示。通過改變電阻箱阻值，Vo端將得到對應(yīng)的電壓值。實(shí)驗(yàn)思路：我們小組從以上實(shí)驗(yàn)原理中分析得知，本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同溫度設(shè)定電阻箱的阻值（對應(yīng)不同溫度下PtlOO的阻值），通過測定電阻值兩端電壓得到電壓值與電阻值（對應(yīng)溫度）的關(guān)系，從而得到電壓值與溫度的關(guān)系。經(jīng)過電壓校正后，可以實(shí)現(xiàn)到高精度的電壓值測量。根據(jù)擬合得到的電壓與溫度的關(guān)系可由測得的電壓值計(jì)算出對應(yīng)的溫度值。并與實(shí)際溫度進(jìn)行參照，分析誤差。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用綜合實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計(jì)熱電阻溫度計(jì)：1、 利用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱作為熱電阻測溫代替PT1OO電路實(shí)驗(yàn)2、 設(shè)計(jì)一種三線制測溫電路，分析其原理和誤差；3、 用實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫度儀；4、 利用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱對電阻測量進(jìn)行標(biāo)定；5、 根據(jù)分度表進(jìn)行線性校正。四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)電阻箱（PtlOO熱電阻），CSY-3000實(shí)驗(yàn)儀，CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀，萬用表。五、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、 用萬用表歐姆檔測出PtlOO三根線中其中短接的二根線（同種顏色的線）設(shè)為1、2,另一根設(shè)為3,并測出它在室溫時(shí)的大致電阻值（實(shí)際測得歐姆）。2、 在主機(jī)箱總電源、調(diào)節(jié)儀電源都關(guān)閉的狀態(tài)下，再根據(jù)圖1示意圖接線，溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯衋、b（Rt）兩端接傳感器，這樣傳感器（Rt）與R3、Rl,R譏、R4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。3、 放大器調(diào)零、調(diào)增益：將圖1中的溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓姆糯笃鞯膬奢斎攵艘€（一根傳感器引線、另一根橋路輸出即Rwl活動(dòng)觸點(diǎn)輸出）暫時(shí)不要引入，而用導(dǎo)線直接將敖大器的兩輸入端相連（短接）；將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞W2（逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底）增益電位器，使放大器增益最??；再調(diào)節(jié)RW3（調(diào)零電位器）使主機(jī)箱的電壓表顯示為0。4、 關(guān)閉主機(jī)箱電源開關(guān)，將電阻箱接入電路，并將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯蟹糯笃鞯妮斎攵艘€按圖1連接，檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。5、 參照ptlOO熱電阻的分度表得出0—15（TC對應(yīng)的電阻箱的阻值，并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓碾娐穼⒉煌瑴囟葘?yīng)的電壓在實(shí)驗(yàn)儀上顯示出來。為減小誤差在每一溫度點(diǎn)可測取多組電壓值，求平均值后填入下表中6、 使用Matlab來處理實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。先把測量得到的數(shù)據(jù)利用最小二乘法進(jìn)行線性擬合。并將擬合求得的公式寫入CKXT-I的程序中，實(shí)現(xiàn)將采集到的電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值并將測量結(jié)果顯示在LED上。將測量的溫度填入表中。（7、 將測量溫度和給定溫度進(jìn)行比較，并分析溫度測量過程中存在的誤差。六、數(shù)據(jù)記錄與分析：1.未考慮電阻箱電阻，對電壓求2次平均（正反）后得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):溫度代）電阻箱電阻（Q）電壓（V）單片機(jī)顯不溫度代）015610121517

2022252730323537404245475052555760626567707275778082858790929597100?102105107110112115117120122125)127130132135137140142145147150152實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（散點(diǎn)和擬合曲線圖見下頁圖2）：T-U特性關(guān)系的擬合曲線為：T二多數(shù)溫度的測量值與給定值之間的差值為2攝氏度。

2.去除電阻箱電阻（歐姆），對電壓求4次平均（2次正反）后得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):溫度（°C）電阻箱電阻（Q）電壓（V）單片機(jī)顯不溫度（r）0?156101115\162021252630?31353640414546505155566061656670717576808185)86909195961001011051061101111151161201211251126130131135136140142145147150152實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（散點(diǎn)和擬合曲線圖見下頁圖3）：T-U特性關(guān)系的擬合曲線為：T二多數(shù)溫度（0-135。0的測呈值與給定值之間的差值為1攝氏度，僅140-145X：的誤差為1°C,測量的準(zhǔn)確性得到很大的改善。絕對誤差△Pt 非線性誤差6=1/150xlOO%二％（0-150X：）附圖:圖2未考慮電阻箱阻值使得擬合曲線圖3去除電阻箱阻值使得擬合曲線實(shí)驗(yàn)分析:從以上兩組實(shí)驗(yàn)的參照中，可以得出，熱電阻的電阻箱自身的阻值對誤差的測量存在一定的影響。應(yīng)該校準(zhǔn)電阻箱的阻值進(jìn)行電壓的測量。-：.)溫度較高處(i4(rc以上)的測量誤差比溫度較低處的測量誤差大。觀察Ptioo的分度表后發(fā)現(xiàn)阻值的變化也并非完全線性變化，如op—i(rc之間的電阻差為q,而到了140°C—150°C之間的電阻差為Q,發(fā)現(xiàn)等溫差時(shí)的電阻差隨著溫度的升高在減小，而我們在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合時(shí)采用最小二乘法擬合，因此這是高溫處的誤差會(huì)比較大的原因。而我也在考慮，對于測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要不要使用高次擬合以提高測量精度(如2次擬合)。對電壓值進(jìn)行重復(fù)多次測量很有必要，能在一定程度上消除重復(fù)性帶來的誤差。能夠提高測量精度。本次實(shí)驗(yàn)中，我們小組有一個(gè)不足的地方是僅在數(shù)碼管上顯示溫度的個(gè)位數(shù)以上的位數(shù)，未能顯示小數(shù)點(diǎn)以后的位數(shù)，導(dǎo)致測量精度降低，主要是程序的實(shí)現(xiàn)問題。實(shí)驗(yàn)后我們積極總結(jié)，又重新更改了程序，將在接下來程序注釋中對這部分功能進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)誤差總結(jié)：實(shí)驗(yàn)過程中，一旦一些細(xì)節(jié)不注意，就會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來較大的誤差，下面我對本次實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)帶來誤差的地方進(jìn)行歸納和總結(jié)，我們在實(shí)驗(yàn)過程中的誤差可能產(chǎn)生的原因帶下劃線：自行總結(jié)~七、核心程序注釋//CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀上4個(gè)按鍵的控制功能配置的程序while(l){//對釆集到的溫度值進(jìn)行標(biāo)定>if(KEYO==LEFTJCEY) //在電壓為IV時(shí)按左鍵采集記錄{KEYO&=0；disp_flag=0；ADINL=GetADCResult(O)；}if(KEYO==RIGHTKEY) //在電壓為時(shí)按子右鍵采集記錄

KEYO&二0；dispflag=0；ADINH二GetADCResult(O)；voltL=AD_INL*4096； //將電壓為IV時(shí)的AD值轉(zhuǎn)化為電壓值voltH=AD」NH*4096； //將電壓為時(shí)的AD值轉(zhuǎn)化為電壓值for(i二0；i<100；i++) //進(jìn)行100次采樣{AD.IN=GetADCResult(O)； //釆集實(shí)時(shí)電壓輸入點(diǎn)voltM=ADIN*4096； //將AD值轉(zhuǎn)化為電壓值volt+=(voltM-voltL)*500/(voItH-voltL)+l000；//對采集到的電壓值進(jìn)行修正volt=volt/100；值volt=volt/100；值if(KEYO==MIDLKEY){KEYO&二0；dispflag=0；DisIntNum(volt)；volt=0；}if(KEYO==MIDRKEY)dispflag//求取100次采樣的平均//按中左鍵顯示采集的電壓值//按中右鍵顯示溫度值，配置參量KEYO&二0；dispflag=1；}if(dispflag){/*將擬合公式計(jì)算求得的浮點(diǎn)型溫度值乘以10,通過整數(shù)的數(shù)碼管顯示出含1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位的溫度材TEMPERATURE二(*volt+)*10；DisIntNum(TEMPERATURE)；CH452Write(CH452_SETBIT+0x002b):〃顯示小數(shù)點(diǎn)

else{DisIntNum(volt)；〃顯示小數(shù)點(diǎn)CH452Write(CH452SETBIT+0x003b):〃顯示小數(shù)點(diǎn)volt=0；}}//CKXT-I型綜合實(shí)驗(yàn)儀上數(shù)碼管顯示程序voidDisIntNum(intnum){intquotient,remainder；remainder=num%10；quotient=num/10；CH452Write(0x0800+remainder):remainder=quotient%10；quotient=quotient/10；CH452Write(0x0900+remainder):remainder=quotient%】。；quotient=quotient/10；CH452Write(0x0a00+remainder):remainder=quotient%10：quotient=quotient/10；CII452Write(OxObOO+remainder):}八、思考題請分析、推導(dǎo)和說明三線制、四線制接法是如何消除導(dǎo)線電阻的影響的答：如上圖所示：由于熱電阻本身的阻值較小，隨溫度變化而引起的電阻變化值更小，例如，鎧電阻在零度時(shí)的阻值R0=100Q,銅電阻在零度時(shí)R0=100Qo因此，在傳感器與測量儀器之間的