[實(shí)用新型]改進(jìn)型線膨脹測(cè)量?jī)x

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220157820.8
• 申請(qǐng)日: 2012-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN202512784U
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪建;詹永欣;馮興;盧常芳;高志華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué);汪建
• 主分類號(hào): G09B23/16
• 分類號(hào): G09B23/16;G01N25/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)型線膨脹測(cè)量?jī)x，屬于物理學(xué)、熱力學(xué)、傳感器等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

絕大多數(shù)物質(zhì)都具有“熱脹冷縮”的特性，這是由于物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)加劇或減弱造成的。線膨脹系數(shù)的測(cè)定是一個(gè)典型的熱學(xué)實(shí)驗(yàn)，是高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)課程中的基本實(shí)驗(yàn)題目。然而在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在測(cè)定線膨脹時(shí)，由于目前實(shí)驗(yàn)中所使用的方法是傳統(tǒng)的光杠桿放大法或者是千分表法，經(jīng)常測(cè)不準(zhǔn)確，加熱方法也多直接采用電阻絲加熱，溫度變化難以控制，所以即使在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，不同的學(xué)生所測(cè)的結(jié)果會(huì)存在很大的差異，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。這是由于實(shí)驗(yàn)儀器精度不高，操作復(fù)雜，因此不同的學(xué)生所測(cè)的結(jié)果往往會(huì)存在很大的差異，測(cè)量結(jié)果往往不很理想。

傳感器是能將被測(cè)量的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域的電子器件。隨著科技的進(jìn)步，傳感器的性能日益提高，應(yīng)用也越來越廣泛。位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種把位移轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。

DSP是針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理器，它具有計(jì)算速度快、體積小、功耗低的突出優(yōu)點(diǎn)，與普通單片機(jī)相比，DSP具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器所存在的缺點(diǎn)，提出一種結(jié)合了位移傳感器和基于DSP進(jìn)行準(zhǔn)確溫度控制的改進(jìn)型線膨脹測(cè)量?jī)x。能滿足高等院校等教學(xué)單位線膨脹實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。

本測(cè)量?jī)x通過電加熱的方式，并采用高精度數(shù)字溫度傳感器來進(jìn)行控溫，可以任意設(shè)定溫度，同于采用位移傳感器來進(jìn)行線膨脹的測(cè)量，相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器，更有利于提高實(shí)驗(yàn)精度，實(shí)驗(yàn)操作也更方便。

本測(cè)量?jī)x由改進(jìn)型線膨脹測(cè)量?jī)x主機(jī)和外部的線膨脹測(cè)量實(shí)驗(yàn)架組成，改進(jìn)型線膨脹測(cè)量?jī)x主機(jī)上設(shè)置有五位數(shù)顯的距離表和四位數(shù)顯的溫度表、溫度傳感器信號(hào)輸入端口、位移傳感器信號(hào)輸入端口、四個(gè)控制調(diào)節(jié)按鍵、加熱開關(guān)和進(jìn)水口與出水口，主機(jī)內(nèi)部具有基于DSP處理器的溫度控制電路。

本測(cè)量?jī)x采用的LVDT線性可變差動(dòng)變壓器屬于直線位移傳感器。它由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈、鐵芯、線圈骨架和外殼等部件組成。初級(jí)線圈、次級(jí)線圈分布在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個(gè)可自由移動(dòng)的桿狀鐵芯。當(dāng)鐵芯處于中間位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，這樣輸出電壓為零；當(dāng)鐵芯在線圈內(nèi)部移動(dòng)并偏離中心位置時(shí)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。

本測(cè)量?jī)x主機(jī)內(nèi)設(shè)置有基于DSP處理器的高精度溫度控制電路，其中的DSP處理器芯片采用TMS320LF2407A，TMS320LF2407A是TI公司推出的DSP處理器，采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減小了功耗，具有40MIPS的執(zhí)行速度，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；集成了32K字的閃存(可加密)、2.5K的RAM、具有500ns的A/D轉(zhuǎn)換器，提供了PWM接口和I/O功能。

本測(cè)量?jī)x利用DSP內(nèi)部集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)采集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并經(jīng)過PID算法處理控制PWM輸出，該輸出進(jìn)行功率放大后控制加熱模塊，具有溫度調(diào)節(jié)速度快、精度高的特點(diǎn)。

本測(cè)量?jī)x的線膨脹測(cè)量實(shí)驗(yàn)架上安裝有位移傳感器和緊固螺釘，同時(shí)線膨脹測(cè)量實(shí)驗(yàn)架上具有中空的金屬管，金屬管上固定有檔片和溫度傳感器。

同時(shí)本測(cè)量?jī)x主機(jī)上的溫度傳感器信號(hào)輸入端口和位移傳感器信號(hào)輸入端口采用五芯航空插座。

附圖說明

圖1是改進(jìn)型線膨脹測(cè)量?jī)x主機(jī)，圖1中1是五位數(shù)顯距離表，2是溫度傳感器信號(hào)輸入端口，3是位移傳感器信號(hào)輸入端口，4是四個(gè)控制調(diào)節(jié)按鍵，5是四位數(shù)顯溫度表，6是加熱開關(guān)，7是進(jìn)水口，8是出水口。

圖2是線膨脹測(cè)量實(shí)驗(yàn)架，圖2中的9是線膨脹測(cè)量實(shí)驗(yàn)支架，10是金屬管，11是檔片，12是位移傳感器，13是緊固螺釘，14是溫度傳感器。

圖3是溫度控制原理圖

具體實(shí)施方式

測(cè)量?jī)x所使用的LVDT位移傳感器為GGD19通用型回彈式傳感器，其線性測(cè)量范圍約為0～10mm，電壓變化范圍為0～10V。

本測(cè)量?jī)x將溫度傳感器測(cè)得的模擬信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后，輸出適合ADC處理的電壓信號(hào)，ADC采樣后送給DSP處理器，DSP處理器對(duì)采集到的實(shí)時(shí)溫度與要求控制的參考溫度相比較，并進(jìn)行PID計(jì)算得出控制量去控制PWM，PWM的輸出決定了熱電模塊的加熱功率。