双光路镜面露点仪的研制

发布时间：2017-09-28 04:30

  本文关键词：双光路镜面露点仪的研制

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【摘要】：湿度是一个与我们的工农业生产及生活息息相关的量,测量气体中的水蒸气露点温度的仪器叫露点仪。本文主要根据冷镜原理和光电检测技术设计了一种新型的双光路镜面露点仪,用于工业生产中气体的湿度检测。本论文采用以ARM为核心的STM32微控制器,采用高精度的测量电路和控制算法,设计出了高精度的双光路镜面露点仪。其中测量光经分光后,一路光直接被光电管接收,作为参考信号,对光强自动进行温度补偿;另一路光经冷镜面反射和散射后经透镜聚焦被光电管接收,使反射光和散射光线都用于测量,不浪费光线,光信号经光电转换及放大后控制制冷器制冷,使气体中的水蒸气在镜面上冷凝并达到相平衡状态,通过高精度的测温电路测出露层温度,实现对气体湿度的精确测量。由于湿度测量系统是一个纯滞后系统,对于纯滞后系统的控制方法进行了研究及仿真,确定并采用改进型Smith控制方法进行测量控制,使测量速度大大提高,实验结果表明本方案设计的仪表测量精度高、测量速度快、耗气量小、稳定性好。
【关键词】：湿度测量 镜面露点仪 Smith 控制 双光路
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH837
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 湿度的相关概念及术语9-12
• 1.1.1 水的基本物理化学性质9-10
• 1.1.2 水的表面张力10
• 1.1.3 平衡和饱和的概念10-11
• 1.1.4 湿度的各种表示方法11-12
• 1.2 湿度测量的重要意义12-15
• 1.2.1 SF6 设备、高压开关等残留水分的产生及造成的危害12-14
• 1.2.2 氢冷发电机水分的产生及造成的危害14-15
• 1.3 湿度测量的方法及国内外研究现状15-16
• 1.4 论文结构安排16-17
• 2 系统总体方案17-24
• 2.1 镜面露点仪的测量原理18-19
• 2.2 镜面露点仪设计的一般考虑19-21
• 2.3 镜面露点仪测量注意事项21-24
• 2.3.1 冷镜面污染对测量的影响21
• 2.3.2 降温速度和样气流速对测量的影响21-22
• 2.3.3 低霜点测量中的问题22-24
• 3 Smith预估控制算法24-37
• 3.1 Smith预估控制24-26
• 3.2 系统模型的建立及建模方法26-28
• 3.2.1 数学模型建立的方法26-27
• 3.2.2 系统模型的建立27-28
• 3.3 PID控制及参数整定28-32
• 3.3.1 PID控制29-30
• 3.3.2 PID控制器参数的整定30-32
• 3.4 改进型算法及仿真比较32-37
• 4 系统硬件设计方案37-47
• 4.1 微控制器及其外围电路设计38-41
• 4.1.1 微控制器最小系统电路设计38-39
• 4.1.2 触摸屏及存储电路设计39-41
• 4.2 光电检测系统的设计41-44
• 4.2.1 光路设计41-42
• 4.2.2 冷镜设计42-43
• 4.2.3 电路设计43-44
• 4.3 温控系统设计44-46
• 4.4 数据采集模块设计46-47
• 5 系统软件设计47-63
• 5.1 开发环境介绍47-48
• 5.2 系统架构设计48-51
• 5.3 系统软件程序设计51-63
• 5.3.1 系统主程序设计52-54
• 5.3.2 光电检测软件程序设计54-55
• 5.3.3 温控系统程序设计55-59
• 5.3.4 数据处理59-60
• 5.3.5 数据存储60-63
• 6 实验与结论63-68
• 6.1 露点仪性能测试实验63-66
• 6.1.1 露点仪稳定性测试63-64
• 6.1.2 露点仪准确性测试64-65
• 6.1.3 露点仪快速性实验65-66
• 6.2 结论66-68
• 7 总结与展望68-70
• 参考文献70-73
• 个人简历以及在校期间发表学术论文73-74
• 致谢74

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本文编号：933794