专利名称：智能温度仪表校验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能智能温度仪表校验仪，适用于石油、化工、电力、冶金等重要工业领域，可以对测温控温系统中的温度传感器、控制系统及测量系统进行调整、校准和测试。
背景技术：
目前国内对温度传感器和温度测控系统进行调整、校准和测试大部分均使用标准电阻箱作电阻信号源，用电子电位差计提供毫伏信号或用其它标准信号源。由于使用多种仪器进行校验致使校验工作的精度和可靠性受到影响，尤其在工作现场进行校验更是有许多不便之处。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种可在石油、化工、电力、冶金等重要工业领域中对担负重要测控任务的测温控温系统中的温度传感器、控制系统及测量系统进行调整、校正、检修、维护的智能温度仪表校验仪。它克服由多种仪器进行校验致使校验工作的精度低和可靠性差等不足，实现了一机多用，尤其使在工作现场进行测试成为可能。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案智能温度仪表校验仪是以单片机为核心配置输人输出接口电路的智能仪器。采用薄膜键盘及LED显示器提供人机对话功能。用户可以将要测量和显示的各项数据通过键盘输入到仪器中，仪器根据用户的要求进行输入或输出操作，并将其结果在显示器上显示。例如，用户要求输出信号，只要键入要输出的信号值(这个信号值可以是某个电压值或者是某个温度值)，显示器将显示互相对应的信号值，并输出信号。对输入信号的测量是将被测量的对象接入输入端子，按功能键实现测量，将其测量值在显示器上显示。由于五种热电偶的毫伏值与温度值是非线性关系，其对应关系是用表格形式反映出来的。在硬件电路设计中将程序存储器扩充到64K。用4片27C256 EPROM用作存储程序和数据表格的存储，8155作为电阻网络选择输出接口，通过软件编程对8155操作得到需要输出的电阻值。由于需要对外输出直流电压、电流信号，而且要求高精度的信号输出，故采用了AD669 16位的D/A数模转换器，作为0-200mV DC、0-10VDC的输出；采用AD421 16位串行输入4-20mA电流环路输出。
本实用新型适用于传感器与测控系统校验、测试、调整，是多功能综合性智能仪表。在石油、化工、电力、冶金等重要工业领域中，可用于传感器与测控系统的校验。仪表校验仪克服了多种仪器进行校验致使校验工作的精度低和可靠性差等不足，实现了一机多用，其体积小、携带方便、抗干扰能力强，精度可达0.01％。尤其适用于现场传感器与测控系统的校验。
图1是本实用新型的键盘显示电路图(人机接口)图2是本实用新型数模转换电路图(后向通道)图3是本实用新型模数转换电路图(前向通道)具体实施方式
参照图1，由于本机要求的输入输出参数较多，考虑到保证系统的精度要求，需要采用12位LED数据显示，由0-9数字键及功能键组成键盘，选用8279作为键盘及显示器接口。单片机89C52的ALE引脚与可编程键盘、显示器接口电路8279的CLK相连作为时钟信号；P2.7与8279的CS连接，CS＝0时8279被选中；两片的WR、RD对应相连；8279的IRQ经非门电路与89C52的INT1连接作为中断申请信号，高电平有效；P0口与8279的数据口DB0-DB7对应连接，在单片机与8279之间传递命令和数据，P0口经八D锁存器74LS373输出单线信号给8279的A0，A0＝0时在单片机与8279之间传递数据，否则为命令。可编程键盘、显示器接口电路8279输出口SL0-SL3经4-16线74LS154译码器输出扫描信号作为键盘列扫描信号，由RL0、RL1取得行信号可获得按键代码，扫描信号经75452非门对共阴极数码管位扫描，由8279的OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3输出显示信号数据给六缓冲器74LS07作为数码管的段选码，完成动态扫描。
参照图2，本校验仪要求输入输出的直流电压电流信号精度较高，故选用美国AD公司生产的AD669 16位数模转换器，该数模转换器具有高性能价格比、应用广泛等特点，与89C52的接口电路也较简单。4-20mA电流输出电路与此类似，用的是美国AD公司生产的AD421 16位串行输入4-20mA电流环输出的数模转换器，当输入零到满量程时，LOOP RTN脚可获得相应的4-20mA电流。单片机89C52的P1.0-P1.2与74LS138的输入端A、B、C连接经3-8线译码器74LS138输出脚Y5给出数模转换器AD669片选信号；89C52的P0口经LS373以及P0口分时给出AD669的16位输入数据，然后由AD669给出电压输出，具体连接方法89C52的P0口经LS373与AD669的DB8-DB15连接，P0口与AD669的DB0-DB7连接。
参照图3，本校验仪要求应具有对输入信号或输出信号的测量功能，相对来说就是能够满足直流0-200mV，0-10V范围的直流电压的测量，4-20mA直流范围的测量，以及100-320Ω电阻的测量。对上述模拟量的测量由图3A/D转换接口电路来实现。对电阻Rx的测量采用了V-I测量法，以获得较高的测量精度。
模拟信号输入给MAX111，MAX111是单电源、低功耗、14位串行模数转换器。MAX111的片选信号由89C52的P1.0-P1.2与74LS138的输入端A、B、C连接，经3-8线译码器74LS138输出脚Y6提供，Y6与MAX111的CS连接，CS低电平有效；MAX111的BUSY与89C52的RD连接，数据输出线DOUT与89C52的RXD连接，串行输入数据给单片机。
本实用新型的软件设计采用了结构化的设计方法。因为仪器要求精度较高，硬件电路设计选用的接口电路较多，为了提高可靠性及满足精度要求，采用了容错设计技术。在数据采集及处理方面要求速度不是很高，为减少硬件电路的开支，使硬件电路尽量简化，除了必要的硬件抗干扰措施外，充分利用了软件抗干扰的优势。
1、键盘及显示为了节省CPU的时间，采用了中断方式的软件设计方法。针对硬件电路设计了相对应的初始化子程序，显示器更新子程序，键输入中断服务子程序，键处理子程序。在键处理子程序中采用了参数输入的容错设计技术，使得人机对话的信息能够正确的传递，减少误操作。
2、前向通道A/D(模数)转换包括根据硬件电路要求的MAX111的控制字的设定以确定A/D转换器的配置以及工作方式的控制，包括控制变换时间、时钟分频比、选择输入通道、设置增益校准方式、零偏置方式等。根据监控程序的调度及指令完成不同的物理参数由模拟量到数字量的转换过程的控制。由于需要测量的参数内容及范围区别较大，就要根据监控指令来区分处理不同的参数。为了提高仪器的精度，采用数字调零技术减小测量附加误差。
3、后向通道D/A(数模)转换在后向通道中有直流电流信号及直流电压信号输出，硬件电路中选用了两种D/A转换器件，D/A转换软件对D/A转换器进行初始化、转换数据的传递。
4、监控管理监控程序负责协调各子程序实现各种功能。根据键盘输入的参数及完成的任务，调度指挥有关子程序完成相关工作，实施一种闭环控制系统。对相关误差进行动态校正，以获得较高精度的物理量输出，对被检测的物理量的准确度给予准确定量表述。
5、数据处理由于热电偶的温度值与电压值是非线性关系，无法获得数学模型，只能建立数据表格来反映它们之间对应关系，只能用查表的方法来获取相对应的数据关系。由于表格很长，查起来很费时间，故将表格划分成许多小区域，先将数据经过计算以确定其所在的区域，然后，在该区域内按序进行查表，提高了工作效率。
对输出电阻的选定，是按计算查表选定的方法，即根据应输出的电阻值，来驱动继电器组合，选出电阻，然后再经过测量对实际输出电阻值与给定电阻值进行比较计算出误差进行修正，再对输出电阻进行补偿，以得到准确的电阻输出.对于直流电压及直流电流信号的输出也是按此方法进行。
其主要功能1、测量各种热电阻信号，同时显示电阻值或对应的温度值；2、测量五种热电偶分度号的毫伏信号，并转换成对应的温度值，具有冷端补偿功能；3、输出和测量电压、电流信号；4、输出无源电阻信号，同时可显示电阻值对应的温度值。
主要的技术指标为
一、输出信号1、热电偶的毫伏和温度信号S分度号0-18.693mv，0-1768℃；B分度号0-13.820mv，0-1820℃；K分度号0-54.886mv，0-1372℃；T分度号0-20.872mv，0-400℃；E分度号0-76.373mv，0-1000℃。
2、热电阻阻值及温度信号铂电阻100-317.06Q，0-600℃；铜电阻100-164.27Q，0-150℃；3、电压及电流信号源0-200mV DC0-10V DC4-20mA DC二、可对输入信号进行测量，其测量范围及精度与输出信号相同。
三、精度＜0.01％。
四、工作温度0-40℃。
五、电源电压±10％。
权利要求1.一种智能温度仪表校验仪，其特征在于它是以单片机为核心配置输入输出接口电路，采用薄膜键盘及LED显示器提供人机对话，将程序存储器扩充到64K，用4片27C256 EPROM用作存储程序和数据表格的存储，8155作为电阻网络选择输出接口，采用AD669 16位的D/A数模转换器，作为0-200mV DC、0-10V DC的输出，采用AD421 16位串行输入4-20mA电流环路输出。
2.根据权利要求1所述的智能温度仪表校验仪，其特征在于采用12位LED数据显示，由0-9数字键及功能键组成键盘，选用8279作为键盘及显示器接口，单片机89C52的ALE引脚与可编程键盘、显示器接口电路8279的CLK相连；P2.7与8279的CS连接，两片的WR、RD对应相连；8279的IRQ经非门电路与89C52的INT1连接，P0口与8279的数据口DB0-DB7对应连接，P0口经八D锁存器74LS373输出单线信号给8279的A0，可编程键盘、显示器接口电路8279输出口SL0-SL3经4-16线74LS154译码器输出键盘列扫描信号，由RL0、RL1取得按键代码，扫描信号经75452非门对共阴极数码管位扫描，8279的OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3与六缓冲器74LS07连接给出数码管的段选码，电压输出选用AD669 16位数模转换器，4-20mA电流输出电路选用AD421 16位串行输入4-20mA电流环输出的数模转换器，单片机89C52的P1.0-P1.2与74LS138的输入端A、B、C连接，3-8线译码器74LS138输出脚Y5与数模转换器AD669的CS连接；89C52的P0口经LS373与AD669的DB8-DB15连接，P0口与AD669的DB0-DB7连接，本校验仪要求对直流0-200mV，0-10V范围的直流电压的测量，4-20mA直流范围的测量，以及100-320Ω电阻的测量，采用模数转换器MAX111，89C52的P1.0-P1.2与74LS138的输入端A、B、C连接，3-8线译码器74LS138输出脚Y6与MAX111的CS连接；MAX111的BUSY与89C52的RD连接，数据输出线DOUT与89C52的RXD连接。
专利摘要智能温度仪表校验仪，是以单片机为核心配置输入输出接口电路的多功能智能仪器。采用薄膜键盘及LED显示器提供人机对话功能。用户可以将要测量和显示的各项数据通过键盘输入到仪器中，仪器根据用户的要求进行输入或输出操作，并将其结果在显示器上显示。本实用新型适用于石油、化工、电力、冶金等重要工业领域，可以对测温控温系统中的温度传感器、控制系统及测量系统进行调整、校准和测试。克服了多种仪器进行校验致使校验工作的精度低和可靠性差等不足，实现了一机多用，其体积小、携带方便、抗干扰能力强，精度可达0.01％。尤其适用于现场传感器与测控系统的校验。
文档编号G01K15/00GK2695936SQ20042003181
公开日2005年4月27日 申请日期2004年5月31日 优先权日2004年5月31日
发明者孙立红 申请人:孙立红