單片機測控技術(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與單片機的硬件連接，熱電偶信號的冷端補償方法以及高精度運算放大器ｉｃｌ７６５０的應(yīng)用，對數(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?。保埃玻梗础保埃玻梗担福浮督^熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法和熱流計法》研制的?；谌缦略恚涸诜€(wěn)定條件下，防護熱板裝置的中心計量區(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)下流過計量單元的一維恒定熱力量ｑ、計量單元的面積ａ、試件冷、熱表面的溫度差△ｔ，可計算出試件的熱阻ｒ或?qū)嵯禂?shù)λ?！　嶙栌嬎愎剑海颍剑幔ǎ簦保簦玻瘛　∑渲校骸。屺D―計量面積，ｍ２　　ｔ１、ｔ２――試件熱面、冷面的溫度平均值，ｋ　　ｑ――加熱單元計量部分的平均熱流量，ｗ　　導(dǎo)熱系數(shù)計算公式：　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　。悖瓱嵊嬃繂卧?，（主加熱單元）　?。洌雷o單元　?。澹撤雷o單元　　當(dāng)主加熱器的熱量不能沿護加熱環(huán)板方向傳入和傳出時，主加熱器的熱量只能沿試件方向?qū)С?。隨加熱時間不斷延長，熱面溫度ｔ１和冷面溫度ｔ２不再隨時間發(fā)生變化，這時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。此時根據(jù)上述公式計算出試件的熱阻或?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，由操作者手動控制，設(shè)有粗調(diào)和細調(diào)兩種調(diào)節(jié)旋鈕?！　。保病》雷o加熱單元：用于對防護單元的加熱，由交流電源經(jīng)可控硅整流向防護單元加熱，可控硅的導(dǎo)通角由單片機控制，使護加熱單元溫度跟蹤主加熱單元的溫度。實現(xiàn)主加熱單元熱量的一維傳遞。也可由人工進行手動跟蹤。　?。保场纹瑱C測控系統(tǒng)：應(yīng)用ｍｃｓ－５１系列單片機，實現(xiàn)對多路溫度的采集與顯示，主加熱單元功率的測量顯示，護加熱單元溫度的跟蹤以及人機界面的交互?！　。病纹瑱C測控系統(tǒng)　　單片機測控系統(tǒng)框圖如圖２所示，共分為以下幾部分：　　２．１　多路數(shù)據(jù)檢測：　　本儀器共有８路熱電偶、一路電壓信號、一路電流信號的數(shù)據(jù)檢測。應(yīng)用串行ａｄ轉(zhuǎn)換器ｔｌｃ２５４３進行轉(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)時鐘系統(tǒng)，最大轉(zhuǎn)換時間１０ｕｓ，它具有三個控制輸入端，采用簡單的３線?。螅穑榇薪涌诳煞奖愕嘏cａｔ８９ｃ５１進行連接，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，單片機的ｐ１．０、?。穑保?、ｐ１．２、ｐ１．３分別與ｔｌｃ２５４３的ｉ／ｏ時鐘、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、片選信號相連，編程時按照參考資料［１］中所示時序，在ｉ／ｏ電平作用下依次進行數(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，對于８路熱電偶信號沒有進行單獨的信號調(diào)理，而統(tǒng)一使用一個電路，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放大到這個范圍，若選用其他量程的ａｄ轉(zhuǎn)換器，例如ａｄ１６７４的輸入電壓范圍是?。埃保埃龌蚴牵埃玻埃?，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加熱板溫度自動控制：　　為實現(xiàn)主加熱板的熱量實現(xiàn)一維傳遞，特設(shè)計了一套護加熱板，在實際運行中要求護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，進行手自動的跟隨?！　∈謩诱{(diào)節(jié)時用電位器在５ｖ直流電壓下的分壓，控制可控硅模塊的導(dǎo)通角，但同時該手動信號的電壓值占用一路ｔｌｃ２５４３的輸入，單片機隨時采集此信號，并將其轉(zhuǎn)換成與下面所述的數(shù)字ｐｉｄ計算出的相應(yīng)ｕｉ信號，存儲到相應(yīng)單元，實現(xiàn)手動到自動的無擾動切換?！　∽詣诱{(diào)節(jié)時應(yīng)用單片機制作一