压力机压力测试仪毕业设计(编辑修改稿)

压力机压力测试仪毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

0～ 200MPa，数显，分辨率。 10 路压力设定输出， 7 路上限输出， 3 路上限输出，设定范围 0～ 200MPa。 补 压设定 功能。 继电器输出，驱动能力 5A/220V。 （三）毕业设计（论文）应完成的工作 根据设计要求，查阅资料选定传感器。 根据设计要求，拟订控制方案，确定元器件型号、参数。 原理图及 PCB 设计，单片机软件、硬件调试。 根据提供安装窗口的大小及输出接口的规定，进行机箱及操作面板、输出面板设计（出图）。 编写该电路板工艺文件。 完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300～ 500 个单词的英文摘要； 完成与课题相关，不少于四万字符的指定 英文资料翻译（附英文原文）； 完成毕业论文的撰写。 导师所指定的其它工作。 设计思路 根据毕业设计任务书的设计要求，可以将此设计简单理解为，应用纯硬件电路通过当前压力值和设定值来自动控制输出。 这个方案是一种纯硬件控制系统，该系统优点再于速度快，抗干扰能力强，可靠性高，但控制精度低，灵活性小，线路复杂，调试安装不方便，扩展等功能困难。 具体电路部分如下： 当前压力值的采集。 由于采集的是液体压力，我们可以选择液体压力传感器采 XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 44 页 集当前压力值。 输出控制的实现。 因为各路输出是上限或下限输出，因此我 们可以采用设定极限值与当前值比较的方法控制各路的输出。 由于要求多路输出，需设计多路设定比较值，因此需要通道选择。 人机通讯部分，需显示出当前压力值和各通道设定值。 电源部分。 主要电路设计原理与计算 、传感器的选择 、传感器的正确选用原则 由于传感器技术的研制和发展非常迅速，各种各样的传感器应运而生，对选用传感器带来了很大的灵活性。 根据前面各章内容可知，对于同种被测物理量，可以用各种不同的传感器测量，为了选择适合于测定目的的传感器，有必要讨论传感器的正确选择，并定出几条选用 传感器的原则。 虽然，传感器选择时应考虑的事项很多，但不必都要一一加以考虑，根据传感器实际使用的目的、指标、环境和成本等限制条件，从不同的侧重点，优先考虑几个重要的条件就可以了。 例如，测量某一对象的温度适应性，要求适应 0～ 150 ℃温度范围，测量精度为士 1 ℃，且要多点 (128 点 )测量，那么选用何种温度传感器呢 ?能胜任这一要求的温度传感器有 :各种热电偶、热敏电阻、半导体 PN 结温度传感器、 IC 温度传感器器等，它们都能满足测量范围、精度等条件。 在这种情况下，我们侧重考虑成本低，测量电路、相配设备是否简单等因素进行 取舍。 相比之下选用半导体结 (PN)温度传感器最为恰当。 倘若上述测量范围为 0～ 400176。 C，其他条件不变，此时只能选用热电偶中的镍铬一考铜或铁一康铜等热电偶。 又如，需要长时间连续使用传感器时，就必须重点考虑那些经得起时间变化等方面长期稳定性好的传感器。 而对化学分析等时间比较短的测量过程，则需要考虑灵敏度和动态特性均好的传感器。 总之，选择使用传感器时，应根据几项基本标准，具体情况具体分析，选择性能价格比高的传感器。 (1)选择传感器时应从如下几方面的条件考虑 : 一、与测量条件有关的因素 (1)测量的目的。 (2)被测试量的选择。 (3)测量范围。 XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 44 页 (4)输人信号的幅值、频带宽度。 (5)精度要求。 (6)测量所需要的时间。 二、与传感器有关的技术指标 (1)精度。 (2)稳定度。 (3)响应特性。 (4)模拟量与数字量。 (5)输出幅值。 (6)对被测物体产生的负载效应。 (7)校正周期。 (8)超标准过大的输人信号保护。 三、与使用环境条件有关的因素 (1)安装现场条件及情况。 (2)环境条件 (湿度、温度、振动等 )。 (3)信号传输距离。 (4)所需现场提供的功率容量。 四、与购买和维修有关的因素 (1)价格。 (2)零配件的储备。 (3)服务与维修制度、保修时间。 (4)交货日期。 以上是有关选择传感器时主要考虑的因素。 为了提高测量精度，应注意平常使用时的显示值应在满量程的 50%左右来选择测量范围或刻度范围。 选择传感器的响应速度，目的是适应输人信号的频带宽度，从而得到高信噪比。 精度很高的传感器一定要精心使用。 此外，还要合理选择使用现场条件，注意安装方法，了解传感器的安装尺寸和重量等，并且注意从传感器的工作原理出发，联系被测对象中可能会产生的负载效应问题，从而选择最合适的传感器。 由以上原则，在此我选用电阻式液体压 力传感器。 电阻式传感器是将非电量 (如力、位移、形变、速度和加速度等 )的变化量，变换成与之有一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到对上述非电量测量的目的。 电阻式传感器主要分为两大类 :电位计(器 )式电阻传感器以及应变式电阻传感器。 应变式电阻传感器是目前用于测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数最广泛的传感器之一。 它具有悠久的历史，但新型应变片仍在不断出现，它是利用应变效应制造的一种测量微小变化量 (机械 )的理想传感器。 所以此设计选择应变式电阻传感器。 XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 44 页 查资料得， CFBP 型压力传感器符合要求。 该压力传感器是 压阻敏感 器 件，它非常坚固具有抗腐蚀，抗磨损，抗冲击和振动性能，该传感器由厂采用了最新技术和材料，可在 － 40～ 125℃ ，的工作范围实现高精度及高稳定性 ， 几平任何流体都可被直接地测量。 量程可在 1～ 300MPa 之间任意选择。 结构尺寸与参数如下表： 主要技术指标 单位 技术指标 灵敏度 Mv/v 177。 非线性 % 177。 滞后 重复性 % 177。 蠕变 %177。 零点输入 % 177。 2 零点温度系数 %℃ 177。 额定输出温 度系数 %℃ 输入电阻 Ω 385177。 10 输出电阻 Ω 350177。 3 绝缘电阻 MΩ ≥ 5000 拱桥电压 V 10(DC/AC)MAX:15(DC/AC) 温度补偿范围 ℃ － 10～ ＋ 50 允许温度范围 ℃ － 20～ ＋ 60 允许过负荷 % 120 (2)正确使用传感器的技术 传感器的匹配技术 XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 44 页 传感器种类繁多，其输出阻值也就不相同。 有的传感器的输出阻抗特别大，例如，压电陶瓷传感器，其输出阻值高达 100MΩ；有的传感器的阻抗较小，如电位器式传感器，总电阻为。 有的传 感器更小，其输出阻抗只有几欧。 对于高阻抗的传感器，通常采用场效应管或运算放大器来实现匹配。 对阻抗特别低的传感器 ,在交变信号输入时，往往采用变压器匹配。 变压器匹配 使用变压器与传感器低阻抗输出的交变信号匹配是十分方便和有效的。 这种匹配方法在一定的带宽范围内，能实现无畸变地输出电信号。 具体电路应该根据传感器输出信号的情况而定。 传感器非线性处理方法 无论设计、制造或使用仪表时，都希望输出量和输人量之间具有线性关系，但是对于传感器来说，其输出量与被测量之间的关系大多数是非线性的。 因此，需要对传感器的非线性特性进 行线性化处理。 在实际使用中，传感器的输出、输人特性曲线是多种多样的，对其线性处理的方法很多，归纳起来不外乎两大类 :硬件法和软件法。 抗干扰的处理方法 传感器使用场合是多种多样的。 有些是在研究室中使用，相对而言，使用环境比较优越，往往不需作严格的抗干扰处理，但是，如果要使传感器作精密的测量，还是要作一些处理的。 有不少传感器使用的环境十分恶劣，例如在强辐射、强电场和强磁场等环境中使用，在设计传感器系统时，若不精心进行抗干扰处理，传感器准确测量是无法保证的。 归纳起来，干扰可能来自外部的电磁干扰，可能来自供电电路， 也可能是器件自身的性能引起的。 因此，在传感器电路设计中，往往从如下几个方面采用抗干扰措施。 从元器件方面来采取措施 由元器件引起的干扰通常是由制造元器件的材料、结构、工艺和自热程度决定的。 电阻的干扰来自于电阻的电感、电容效应以及电阻本身的热噪声。 而且不同的电阻的效果也不相同。 所以，在实际电路设计时，需要根据具体要求选择合适的电阻和电容器。 电感器常用于高频振荡、滤波、延时功能中。 电感器既是一个干扰源，同时也是抑制干扰的重要元件。 电感器工作时，它发出的磁力线会影响周边电路。 同时电感 器也容易接收外来电磁干扰。 因此，应该尽量采用闭环型的电感器。 电源的去 耦 处理 电源是所有所使用电路的能源。 如果电源有干扰存在，其干扰电压必然施加在所有电路上，因此，供电电源与使用电路间必须采用去 耦 电路，使干扰电压信号消除或减弱。 RC 去耦 电路是一种简单易行的方法。 该 RC 去 耦 电路既能对电源干扰电压 US进行有效抑制，又能消除各电路间的 耦 合。 当然去 耦 电路中也可用电感 L 代替电阻 R，然而它 XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 44 页 们各有优缺点，电阻会消耗能量，降低供电电压。 电感虽然不会明显降低电压，但它两端有辐射噪声，也会对其他电路产生干扰。 因此，应根 据具体情况进行选择使用。 印刷电路板的正确布局是去干扰的一种有效方法 在正确选择了元器件，采用了抗干扰若干措施之后，在制作印刷电路板时，确当地设计线路板也很重要。 通常在线路板布局设计时，要考虑如下几个措施 : (1)布线时，干扰源与易受干扰的元件要尽可能远离。 (2)模拟电路与数字逻辑电路应尽可能分开，且两者不共地线。 (3)非辐射元件或单级元件应尽可能靠近，以减少公共地阻抗。 (4)高速元器件应尽可能缩小所占布线面积，且采用最短的布线。 (5)应尽可能避免窄长的平行线，当不得不采用平行线时，可用地线隔开。 (6)电源线和地线线径不得小于 1 mm，地线可适当加粗。 (7)当频率小于 1 MHz 时，可采用单点接地。 当频率在 1～ 10 MHz 时，如果地线长度小于λ / 20，则可采用单点接地，否则应采用多点接地。 当频率高于 10MHz 时，应采用多点接地。 (8)当线条需要转弯时，或用圆弧连接，或向两个方向各转 45176。 (9)如果采用多层板时，所有元件和连接器都应安装在接地平面内。 (10)电源和地的布局，应减小藕合回路和电源与地间的分布阻抗。 在电源进线处应布有滤波网络。 、传感器信号处理及放大电路 一般情况下压 力传感器检测的压力转为电压的参数为毫伏级，必须要放大电压参数相应的电路工作，所以必须要有一个放大电路（必要时还要有一定的整形电路）。 以下是放大电路： 该电路的放大倍数就是 R107+W102 与 R104(R105)的比值，调节 W102 可以调节该电 XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 44 页 路的放大倍数。 该电路相对简单，放大倍数好。 由于传感器受环境温度等其它因素的影响存在零点漂移，因此在电路中我们通过 W101 和 R10 R103 对传感器输出调零。 放大电路我们应用经典传感器放大电路。 ICL7650 是利用动态校零技术和 CMOS 工艺制作的斩波稳零式高精度运 放，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。 所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。 传感器的两个输出端分别接到 7650 的两个输入端，微弱信号经放大后从第 10 脚输出，放大信号经过一系列的处理后送入显示器进行显示。 D D2 是保护二极管，通常采用硅二极管，当同相与反相输入端之间的电压高于 时， D D2 分别导通，从而使运放两端间电压被钳制在 177。 ，起到保护作用。 R10 R105 为限流电阻，起限流作用。 ICL7650 结构和参数 ICL7650采用 14脚双列直插式和 8脚金属壳两种封装形式。 图示是最常用的 14脚双列直插式封装的引脚排列图。 各引脚的功能说明如下： CEXTB：外接电容 CEXTB； CEXTA：外接电容 CEXTA； IN：反相输入端； +IN：同相输入端； V：负电源端 ,+5V、 5V供电； CRETN： CEXTB和 CEXTA的公共端； OUT CLAMP：箝位端； 、输出控制 因为各路输出是上限或下限输出，因此我们可以采用设定极限值与当前值比较的方法控制各路的输出。 电路图如下： XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 44 页 在此 我采用 四电压比较器 LM339， LM 339 是比较器集成电路。 比较器是一种运算放大器，有一个同相输入端“ +”、一个反相输入端“ ”和一个输出端。 同相端电平若高于反相端电平，比较器输出高电平；反之若反相端电平高于同相端电平，比较器输出低电平。 由于设计要求极限输出，在此，我用电位器来设定参数并输入到 LM339 的“－”输入端，以传感器的检测值输入到 LM339 的“＋”输入端，当传感器检测数值大于设定值时，系统输出，后电路工作。 以此起到自动控制。 LM339 集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是： 1）失调电压小，典型值为 2mV； 2）电源电压范围宽，单电源为 2～ 36V，双电源电压为 177。 1V～177。 18V； 3）对比较信号源的内阻限制较宽； 4）共模范围很大，为 0～ （ ） Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压； 6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339 结构如图所示： 考虑到电路前后的压差和工厂环境的复杂性，为避免引 起干扰，在此我借鉴其他资料加了 光电耦合器 4N33。 光电耦合器，是近几年发展起来的一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中。 4N33 由两部分组成的 ， 其中， 2 端为输入端，通常由发光器件构成； 6 端接一只光敏三极管构成输出端，当接收到发射端发出的红外光后，在三极管集电极中便有电流输出。 三极管输出型光电耦合器的特点，是具有很高的输入输出绝缘性能，频率响应可达 300kHz，开关时间数微秒。 4N33 结构如图所示： XXX 大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 44 页。