显微热分析仪时序控温技术研究
发布时间：2022-02-17 12:47
随着我国经济的不断发展,医药、化学试剂、香料、印染等行业迅速壮大,有机晶体物质的纯度对生产过程中产品的质量起着至关重要的作用。由于有机结晶物质的熔点是其固有的、重要的理化参数,通过测定其熔点来检测物质的纯度,是一种重要的纯度分析手段。熔点的测定目前主要采用热分析方法,其原理是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度或时间关系,因此,时序温控的性能对于熔点测量非常关键。本文主要研究新型显微热分析仪的设计,着重研究时序控温系统的设计,以提高显微热分析仪的性能。本文设计了以STM32为核心的数字系统电路和自上而下的软件系统,包含RS232、USB以及PC机接口设计、人机界面功能设计和美工、上位机软件的多语言版本等。在对众多高精度温度采集方案进行比较分析后,充分借鉴目前国际上最新的结构设计趋势,完成了两对热电偶为采集核心的系统结构设计,选型和定型以及实验设计。使用热电偶对能够根本性解决目前国内热台的薄弱环节,但随之也带来设计上各个环节的许多困难,本文重新组合并完成了新的功率放大系统和温度采集系统的设计方案,尤其针对热电偶的补偿精度问题,做了许多选型实验。多对热电偶的设计方案产品化目前是在国内...
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：47 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 显微热分析技术的发展现状:
1.3 本文主要的研究内容:
1.4 论文的章节安排
第二章 热分析仪的总体设计
2.1 热分析仪的功能设计要求分析
2.2 热分析单元设计
2.2.1 机械结构设计
2.2.2 传感器设计
2.3 控制单元设计
2.3.1 功率系统和电源设计
2.3.2 主控单元设计
2.3.3 通讯接口
2.3.4 交互系统的界面设计
2.4 本章小结
第三章 测温电路的设计
3.1 测温结构的设计
3.1.1 热电偶传感器的优缺点
3.1.2 热电偶阵列的电路设计
3.2 模数转换设计思路
3.2.1 动态范围的计算
3.2.2 有效分辨率的计算
3.2.3 有效分辨率的提高
3.3 冷端补偿的设计
3.3.1 冷端补偿的方案选择
3.3.2 提高冷端补偿的精度设计
3.3.3 提高冷端补偿稳定性的方法
3.4 本章小结
第四章 仪器的温控系统设计
4.1 预置温度算法的设计
4.1.1 预置温度的需求和控制目标
4.1.2 系统的模型识别和初始参数整定
4.1.3 无超调法临界值的确定方法
4.1.4 弱超调模糊PID控制器的设计
4.1.5 弱超调PID控制器的抗干扰
4.2 弱超调PID控制器的抗干扰
4.2.1 匀速升温系统的性能指标
4.2.2 匀速升温控制方法
4.2.3 无级速率升温参数的优化
4.2.4 参数计算和定点化处理
4.2.5 定点化的理论误差
4.3 本章小结
第五章 仪器的软件系统设计
5.1 基于任务系统的总体架构设计
5.1.1 系统任务和优先级
5.1.2 基于串口中断的主流程系统
5.2 数据索引的算法设计
5.2.1 时钟信息的压缩编码
5.2.2 数据的索引方式
5.3 人机交互界面设计
5.4 本章小结
第六章 实验结果与分析
6.1 实验结果
6.2 结果数据分析
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 本文的不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]理解ADC的噪声、ENOB及有效分辨率[J]. SteveLogan. 电子设计技术. 2012(08)
[2]基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究[J]. 郝少杰,方康玲. 现代电子技术. 2011(07)
[3]基于PN结的热电偶补偿电路设计[J]. 包晔峰,单明东,杨可,蒋永锋. 电子测量技术. 2010(11)
[4]基于PT1000的高精度温度测量系统[J]. 方益喜,雷开卓,屈健康,刘奎,乔子椋,杨海波. 电子设计工程. 2010(10)
[5]温度控制系统的无超调模糊-PID控制器设计[J]. 董瑞洪,梁磊,任旭鹏. 科学技术与工程. 2009(02)
[6]一类大滞后时间系统的智能PID控制（英文）[J]. 黄辉先. 湘潭大学自然科学学报. 2008(03)
[7]采用数字温度传感器进行热电偶冷端补偿的温度测量系统[J]. 付东旭,黄成军,郭灿新,江秀臣. 工业控制计算机. 2008(04)
[8]一种数字PID控制算法分析[J]. 刘剑,陈建,邬连学. 承德石油高等专科学校学报. 2007(03)
[9]数字温度表的示值误差不确定度的评定[J]. 封静余. 中国计量. 2007(01)
[10]基于过采样技术提高ADC分辨率的研究与实现[J]. 李国. 计算机工程. 2005(S1)
硕士论文
[1]无超调PID控制器的设计[D]. 刘玉贞.杭州电子科技大学 2011
[2]基于Smith预估器的模糊PID控制方法研究[D]. 崔颖.大连理工大学 2006
本文编号：3629429
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：47 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 显微热分析技术的发展现状:
1.3 本文主要的研究内容:
1.4 论文的章节安排
第二章 热分析仪的总体设计
2.1 热分析仪的功能设计要求分析
2.2 热分析单元设计
2.2.1 机械结构设计
2.2.2 传感器设计
2.3 控制单元设计
2.3.1 功率系统和电源设计
2.3.2 主控单元设计
2.3.3 通讯接口
2.3.4 交互系统的界面设计
2.4 本章小结
第三章 测温电路的设计
3.1 测温结构的设计
3.1.1 热电偶传感器的优缺点
3.1.2 热电偶阵列的电路设计
3.2 模数转换设计思路
3.2.1 动态范围的计算
3.2.2 有效分辨率的计算
3.2.3 有效分辨率的提高
3.3 冷端补偿的设计
3.3.1 冷端补偿的方案选择
3.3.2 提高冷端补偿的精度设计
3.3.3 提高冷端补偿稳定性的方法
3.4 本章小结
第四章 仪器的温控系统设计
4.1 预置温度算法的设计
4.1.1 预置温度的需求和控制目标
4.1.2 系统的模型识别和初始参数整定
4.1.3 无超调法临界值的确定方法
4.1.4 弱超调模糊PID控制器的设计
4.1.5 弱超调PID控制器的抗干扰
4.2 弱超调PID控制器的抗干扰
4.2.1 匀速升温系统的性能指标
4.2.2 匀速升温控制方法
4.2.3 无级速率升温参数的优化
4.2.4 参数计算和定点化处理
4.2.5 定点化的理论误差
4.3 本章小结
第五章 仪器的软件系统设计
5.1 基于任务系统的总体架构设计
5.1.1 系统任务和优先级
5.1.2 基于串口中断的主流程系统
5.2 数据索引的算法设计
5.2.1 时钟信息的压缩编码
5.2.2 数据的索引方式
5.3 人机交互界面设计
5.4 本章小结
第六章 实验结果与分析
6.1 实验结果
6.2 结果数据分析
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 本文的不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]理解ADC的噪声、ENOB及有效分辨率[J]. SteveLogan. 电子设计技术. 2012(08)
[2]基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究[J]. 郝少杰,方康玲. 现代电子技术. 2011(07)
[3]基于PN结的热电偶补偿电路设计[J]. 包晔峰,单明东,杨可,蒋永锋. 电子测量技术. 2010(11)
[4]基于PT1000的高精度温度测量系统[J]. 方益喜,雷开卓,屈健康,刘奎,乔子椋,杨海波. 电子设计工程. 2010(10)
[5]温度控制系统的无超调模糊-PID控制器设计[J]. 董瑞洪,梁磊,任旭鹏. 科学技术与工程. 2009(02)
[6]一类大滞后时间系统的智能PID控制（英文）[J]. 黄辉先. 湘潭大学自然科学学报. 2008(03)
[7]采用数字温度传感器进行热电偶冷端补偿的温度测量系统[J]. 付东旭,黄成军,郭灿新,江秀臣. 工业控制计算机. 2008(04)
[8]一种数字PID控制算法分析[J]. 刘剑,陈建,邬连学. 承德石油高等专科学校学报. 2007(03)
[9]数字温度表的示值误差不确定度的评定[J]. 封静余. 中国计量. 2007(01)
[10]基于过采样技术提高ADC分辨率的研究与实现[J]. 李国. 计算机工程. 2005(S1)
硕士论文
[1]无超调PID控制器的设计[D]. 刘玉贞.杭州电子科技大学 2011
[2]基于Smith预估器的模糊PID控制方法研究[D]. 崔颖.大连理工大学 2006
本文编号：3629429
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