热电偶温度信号的采集及其标定方法研究

发布时间：2017-04-20 14:00

  本文关键词：热电偶温度信号的采集及其标定方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在导弹的弹射试验中,弹上关键仪器设备工作环境温度的采集与监测,对于评定设备工作情况、进行型号改进,具有重要的指导意义。弹上的极端环境,包括温度的剧烈变化和复杂的强电磁干扰,对设备工作的稳定性和可靠性提出了严格要求。为了满足弹上温度测量的需求,在现有采集存储系统设计及其理论基础上,设计了使用热电偶作为温度敏感元件的温度采集设备,用于测量弹上环境温度参数,实现温度到电动势的转变;并对热电偶输出电动势进行采集、编码,上传采样数据。在对设计需求进行分析的基础上,确定了数据采集模式,提出了采集设备总体设计方案。针对热电偶测温的特点,设计了热电偶的参考结点补偿方案,包括补偿导线的应用和补偿电路的设计。模拟信号经过增益调整和滤波,以适应模数转换器(ADC)的输入电压范围和精度要求。采样量化电路采用模拟开关进行采样通道切换,模数转换器将模拟信号转换为数字信号。内部总线的设计和基于ROM查找表的采样通道控制,使设备易于扩展。FPGA通过内部总线控制多块采集板卡分时工作,接收总线数据并缓存。研究了所设计温度采集设备的标定方法,结合热电偶的非线性补偿措施,设计了设备的标定方案。通过对标定误差进行分析,提出一种通过添加修正系数的方式来减小设备最大测量误差的方法。通过搭建测试平台对热电偶温度采集设备的性能进行全面测试。对其工作的可靠性和测量误差进行了分析,验证设备完全符合设计指标。
【关键词】：热电偶 温度采集 参考结点补偿 标定 非线性补偿
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ760.6;TH811
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 本文研究的主要内容及章节安排14-16
• 2 热电偶温度采集设备总体设计思路16-21
• 2.1 设计需求分析16
• 2.2 总体设计思路16-20
• 2.2.1 数据采集模式的确定16-17
• 2.2.2 整体方案设计17-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 热电偶信号调理电路设计21-41
• 3.1 热电偶参考结点补偿21-32
• 3.1.1 补偿导线的应用22-27
• 3.1.2 参考结点温度补偿电路27-32
• 3.2 参考电压源的设计32-34
• 3.3 模拟信号增益调整34-35
• 3.4 热电偶信号滤波35-39
• 3.5 采样变换电路过压保护39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 4 采样量化电路及信号采集逻辑设计41-57
• 4.1 采样量化电路设计41-43
• 4.1.1 AD7621及外围电路设计41-42
• 4.1.2 内部总线设计42-43
• 4.2 信号采集逻辑设计43-48
• 4.2.1 AD7621采样控制逻辑设计44-45
• 4.2.2 基于查找表的采样通道控制45-47
• 4.2.3 双口RAM缓存控制优化设计47-48
• 4.3 采样量化误差分析48-53
• 4.3.1 模拟开关的直流误差48-49
• 4.3.2 模数转换器的直流误差49-51
• 4.3.3 信号的建立时间分析51-53
• 4.4 电路设计优化53-56
• 4.4.1 模拟开关的关断问题53-54
• 4.4.2 模数转换器的性能优化54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 热电偶温度采集设备标定方法研究57-77
• 5.1 热电偶非线性补偿方法57-63
• 5.1.1 最小二乘法拟合57-59
• 5.1.2 查找表59-61
• 5.1.3 NIST热电电压系数61-63
• 5.2 温度采集设备标定方法63-71
• 5.2.1 使用AD8495补偿的标定方法64-69
• 5.2.2 使用AD590补偿的标定方法69-71
• 5.3 改进的标定方法71-73
• 5.4 采集设备性能测试与分析73-76
• 5.4.1 测试平台的搭建73
• 5.4.2 数据完整性测试73-74
• 5.4.3 采集设备信噪比分析74-75
• 5.4.4 测试结果及误差分析75-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 设计总结77
• 6.2 下一步工作及展望77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果83-84
• 致谢84-85

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