汽车管道交变压力测试系统设计毕业论文(编辑修改稿)

汽车管道交变压力测试系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。 而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。 磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿 度，所以已经得到了广泛的应用。 长春工业大学学士 毕业 论文 7 现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT 、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。 实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。 压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。 它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命 长等优异的特点。 压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。 压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。 温度传感器 ： 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的 传感器。 这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。 温度传感器是 温度测量仪表 的核心部分，品种繁多。 按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照 传感器材料 及电子元件特性分为热电阻和 热电偶 两类。 接触式温度传感器 ： 接触式温度传感器 的检测 部分与被测对象有良好的接触，又称 温度计。 长春工业大学学士 毕业 论文 8 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。 一般测量精度较高。 在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。 但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的 测量误差 ，常用的温度计有 双金属温度计 、 玻璃液体温度计 、 压力式温度计 、 电阻温度计 、热敏电阻和 温差电偶 等。 它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。 在日常生活中人们也常常使用这些温度计。 随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛 应用和 超导技术 的研究，测量 120K 以下温度的 低温温度计 得到了发展，如低温 气体温度及 、蒸汽压温度计、 声学温度计 、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。 低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。 利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 ～ 300K 范围内的温度。 非接触式温度传感器 ： 它的 敏感元件 与被测对象互不接触，又称非接触式测温 仪表。 这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的 表面温度 ，也可用于测量温度场的温度分布。 最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。 辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法。 各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。 只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。 如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。 而材料表面发射率不仅取决于温度和 波长 ，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。 在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件 温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚 中的温度。 在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。 对于固体长春工业大学学士 毕业 论文 9 表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。 附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。 利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。 最为典型的附加反射镜是半球反射镜。 球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数式中 ε 为材料表面发射率， ρ 为反射镜的反射率。 至于 气体和液体 介质真实温度的辐射测量， 则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。 通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。 在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。 非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。 对于 1800℃ 以上的高温，主要采用非接触测温方法。 随着 红外技术 的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展， 700℃ 以下直至常温都已采用，且分辨率 很高。 所以综上，本文选择的传感器为 压电式传感器 和 非接触式测温仪。 A/D及 D/A 的 选择 论证 TLC2543 是美 国 TI公司的 12位串行模 数转换 器，是具有 11 个输 入端的 12 位模数转换 器。 TLC2543 是一款性能价格比高的 12 位 A/D 转换 器芯片，使用 开关电 容逐长春工业大学学士 毕业 论文 10 次逼近技 术 完成 A/D 转换过 程。 其特 点为： 串行 输 入 结 构；价格适中；分辨率（ 12位） 较 高； 在仪器仪 表中有 较为广泛 的 应 用； 转换时间为 10 微秒； 11 个 仿真量 输 入通道；采 样 率 为 66Kbps； 线 性 误 差 为 最大 177。 1LSB ； 有转换结 束 EOC 信 号 ；具有 单、双 极性 输 出；可 编 程的 MSB 或 LSB 前 导 ；可 编 程的 输 出 数 据 长 度等。 一、模块采用 TI 公司的 TLC2543 12 位串行 A/D 转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成 A/D 转换过程。 由于是串行输入结构，能够节省 51 系列单片机 I/O资源，且价格适中。 其特点有： （ 1） 12 位分辨率 A/D 转换器； （ 2）在工作温度范围内 10μ s 转换时间； （ 3） 11 个模拟输入通道； （ 4） 3路内置自测试方式； （ 5）采样率为 66kbps； （ 6）线性误差 +1LSB（ max） （ 7）有转换结束（ EOC）输出； （ 8）具有单、双极性输出； （ 9）可编程的 MSB或 LSB 前导； 二、 TLC2543 的引脚 排列如图所示。 1~ 1 12—— AIN0～ AIN10 为模拟输入端； 15—— CS 为片选端； 17—— DIN 为串行数据输入端；（控制字输入端，用于选择转换及输出数据格式） 16—— DOUT 为 A/D 转换结果的三态串行输出端；（ A/D 转换结果的输出端。 ） 19—— EOC 为转换结束端； 18—— CLK 为 I/O 时钟；（控制输入输出的时钟，由外部输入。 ） 14—— REF+为正基准电压端； 13—— REF为负基准电压端； 20—— VCC 为电源； 10—— GND 为地。 长春工业大学学士 毕业 论文 11 三、 TLC2543 的使用方法 控制字的格式 ： 控制字为从 DATAINPUT 端串行输入的 8位数据，它规定了 TLC2543 要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。 高 4 位 (D7～ D4)决定通道号，对于 0 通道至 10 通道，该 4 位分别为 0000～ 1010H，当为 1011～ 1101 时，用于对TLC2543 的自检，分别测试 (VREF＋＋ VREF－ )/ VREF－、 VREF＋的值，当为 1110时， TLC2543 进入休眠状态。 低 4 位决定输出数据长度及格式， D D2 决定输出数据长度， 01 表示输出数据长度为 8 位， 11 表示输出数据长度为 16 位，其他为 12位。 D1 决定输出数据是高位先送出，还是低位先送出，为 0 表示高位先送出。 D0决定输出数据是单极性 (二进制 )还是双极性 (2 的补码 )，若为单极性，该位为 0，反之为 1。 转换过程 ： 1）上电后，片选 CS 必须从高到低，才能开始一次工作周期，此时 EOC 为高，输入数据寄存器被置为 0，输出数据寄存器的内容是随机的。 2）开始时， CS 片选为高， I/O CLOCK、 DATA INPUT 被禁止， DATA OUT 呈高阻状， EOC为高。 3）使 CS 变低， I/OCLOCK、 DATAINPUT 使能， DATAOUT 脱离高阻状态。 12个时钟信号从 I/OCLOCK 端依次加入，随着时钟信号的加入，控制字从 DATAINPUT 一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入 TLC2543(高位先送入 )，同时上一周期转换的 A/D数据，即输出数据寄存器中的数据从 DATAOUT 一位一位地移出（下降沿）。 （在 cs=0 时输出第一位，其他的在下降沿输出） 四、 TLC2543 的简要工作过程 长春工业大学学士 毕业 论文 12 TLC2543 的工作过程分为两个周期 :I/O 周期和转换周期。 a) I/O 周期 ： I/O 周期由外部提供的 I/O CLOCK 定义 ,延续 12 或 16 个时钟周期 ,决定于选定的输出数据长度。 器件进入 I/O 周期后同时进行两种操作。 在 I/O CLOCK 的前 8个脉冲的上升沿 ,以 MSB前导方式从 DATA INPUT 端输入 8位数据流到输入寄存器。 其中前 4 位为模拟通道地址 ,控制 14 通道模拟多路器从 11 个模拟输入和三个内部测电压中选通一路送到采样保持电路 ,该电路从第 4 个 I/O CLOCK 脉冲的下降沿开始对所选信号进行采样 ,直到最后一个 I/O CLOCK 脉冲的下降沿。 I/O 周期的时钟脉冲个数与输出数据长度 (位数 )同时由输入数据的 D D2 位选择为 12 或 16。 当工作于 12或 16 位时 ,在前 8个时钟脉冲之后 ,DATA INPUT 无效。 在 DATA OUT 端串行输出 12 或 16 位数据。 当 CS 保持为低时 ,第一个数据出现在 EOC 的上升沿。 若转换由 CS 控制 ,则第一个输出数据发生在 CS 的下降沿。 这个数据串是前一次转换的结果 ,在第一个输出数据位之后的每个后续位均由后续的 I/O 时钟下降沿输出。 b) 转换周期 ： 在 I/O 周期的最后一个 I/O CLOCK 下降沿之后 ,EOC 变低 ,采样值保持不变 ,转换周期开始 ,片内转换器对采样值进行逐次逼近式 A/D转换 ,其工作由与 I/O CLOCK同步的内部时钟控制。 转换完成后 EOC变高 ,转换结果锁存在输出数据寄存器中 ,待下一个I/O 周期输出。 I/O 周期和转换周期交替进行 ,从而可减小外部的数字噪声对转换精度的影响。 DAC7512 是ＴＩ公司生 产 具有 内 置 缓冲 放大器低功耗 单 片 12 模转换 器。 其 片内高精度 输 出放大器可 获得满 幅（ 供电电 源 电压 与地 电压间 ）任意 输 出。 DAC7512 带 有一 个时钟达 30MHz 行界面，因而可接入高速 DSP。 其接口与 SPI、 QSPI、 Microwire及 DSP 接口兼容，因而可与 intel 系列 单 片机、 Motorola 系列 单 片机直接 连 接而 无需任何其它接口 电 路。 由于 DAC7512 串行 数模转换 器可 选择供电电 源 来 作 为参考电压 ，因而具有很 宽动态输 出范 围 ，此外， DAC7512 数模转换 器 还 具有三种 关断 工作模式。 正常工作 状态下 ，DAC7512 在 5V下功耗 仅为 态下 功耗 为 1uw，低功耗 DAC7512 无疑 是便 携 式 电 池供电设备 理想器件。 提示 请看下图 : 长春工业大学学士 毕业 论文 13 DAC7512 主要特 点 如下： ● 微功耗， 5V作 电 流消耗 为 135uA （ DAC7512）； ● 在掉 电 模式 时 ，如果采用 5V 供电 ，其 电 流消耗 为 135nA， 而采用 3V 供电时 ，其 电流消耗 仅为 50nA； ● 供电电压 范 围为 +— +； ● 上 电输 出复位后 输出为 0V； ● 具有三种 关断 工作模式可供 选择 ， 5V 电压下 功耗 仅为 ； ● 带 有低功耗施密特 输 入串行接口 ； ● 内 置 满 幅 输 出 缓冲 放大器； ● 具有 SYNC 中 断 保 护机 制。 长春工业大学学士 毕业 论文 14 采用 SOT235封 装 DAC7512 引 脚 排列如 图 4。 其引 脚 定 义 如下： VOUT：芯片模 拟输 出 电压； GND：器件 内 所有 电 路地 参考点 ； VDD： 供电电 源，直流 +— +； DIN：串 行数 据 输 入； SCLK：串行 时钟输 入； SYNC： 输 入控制信 号 （低 电平 有效）。 内部结 构 ： DAC7512 组 成框 图 如。