华中科技大学-测控技术与系统实验报告

2013-2014学年度第二学期

测控技术与系统实验报告

——电压校准、热电阻测温(

-

院系：自动化学院

专业班级：测控1102班

指导老师：黄为

(

实验成绩：

实验一电压测量基本实验

一、实验目的

熟悉CKXT-I 的系统开发方法；

熟悉Keil C 软件开发环境；

熟悉CKXT-I型综合实验仪的电压测量的基本功能。

二、基本原理

利用综合实验仪的模拟通道可实现高精度的电压测量。

综合实验仪采用的100ksps12位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，这种类型的A/D 转换器由一个比较器和DA 转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB 开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA 转换器输出进行比较，经n 次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低。综合实验仪的内部芯片C8051F005 包括一个逐次逼近寄存器型AD。其基本模拟输入转换通道的结构如图所示。模拟通道包括多路模拟开关(AMUX)，可编程增益放大器（PGA），12位逐次逼近型A/D 转换器等。

、

图 ADC 接口

三、实验内容及设备

实验内容：取一直流电压（如CSY-3000 应变电桥实验模块的输出），接入CKXT-I 实验仪的主模拟输入通道，编程实现该直流电压的测量，获得测量数据并进行分析。

实验设备：CSY-3000 实验仪；CKXT-I 型综合实验仪；信号源；万用表。

四、实验步骤

1、在CSY-3000 实验仪上找出电压输出接口，用导线分别将其接入CKXT-I 型综合实验仪的电压采集端口AD0 和AGND 端口。

2、在本次试验中，为了获得较高精度，采用电压采集输入端口AD0采集模拟电压信号。

3、在CSY-3000 实验仪上找出电压表测量输入接口，将CSY-3000 实验仪上测得的电压

值作为参考标准电压，将CKXT-I 型综合实验仪作为待标定的电压。

分压网络与接线图

说明：

(

1、CKXT-I 型综合实验仪按要求接线，其中AD0端口用于采集模拟电压信号。

2、分压网络a端接CSY-3000实验仪上2V标准输出电压，所有接地端接到一起。

3、编程，采集并记录测量得到的电压值

4、改变滑动变阻器的阻值，得到不同电压值用于标定CKXT-I 型综合实验仪上的电压关系。实验中通过采集模拟1V和电压，通过拟合线性关系得出电压值并通过数码管显示。

5、标定之后比较实际电压值与单片机显示电压值进行比较观察误差。

五、实验现象和结论

通过按照实验电路图进行接线，并通过keil软件与CKXT-I 型综合实验仪进行调试后，CKXT-I 型综合实验仪在电压校准后数码管上显示的电压值与实际电压值的误差为0mm或者1mm，说明测量误差控制在很小的范围内，达到电压测量的目的。

六、核心程序注释

0 欧姆铂热电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能

明显优于100 欧姆的铂热电阻，只要用于650℃以上的温区：100 欧姆铂热电阻主要用于650℃以下的温区，虽也可用于650℃以上温区，但在650℃以上温区不允许有A 级误差。100 欧姆铂热电阻的的分辨率比10 欧姆铂热电阻的分辨率大10 倍，对二次仪表的要求相应地一个数量级，因此在650℃以下温区测温应尽量选用100 欧姆铂热电阻。

5、将电阻值的测量转换为电阻两端电压的测量 温度传感器实验模板及连线图（图1）：

》

电阻是三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。将Vo 接综合实验仪的模拟通道电压输入端，以实现电压测量。

具体电压测量电路如下：

I

R

@

Rr R

Vo

Rt

I

Rr

R R

Vo R l1 Rt

*

R l2 I

Vo

R l2

Rt

R l4

R l3 R l1

电阻箱电阻与R3、R1、Rw1、R4 组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。调Rw1 使电桥平衡，即桥路输出端b 和中心活动点之间输出为零。调Rw3 使V02=0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零，去除放大器零漂电压。适当的调节Rw2获得合适的增益，以便于电压值的测量显示。通过改变电阻箱阻值，Vo端将得到对应的电压值。

实验思路：我们小组从以上实验原理中分析得知，本次实验根据不同温度设定电阻箱的阻值（对应不同温度下Pt100的阻值），通过测定电阻值两端电压得到电压值与电阻值（对应温度）的关系，从而得到电压值与温度的关系。经过电压校正后，可以实现到高精度的电压值测量。根据拟合得到的电压与温度的关系可由测得的电压值计算出对应的温度值。并与实际温度进行参照，分析误差。

三、实验内容：

利用综合实验仪设计热电阻温度计：

1、利用标准电阻箱作为热电阻测温代替PT100电路实验

2、设计一种三线制测温电路，分析其原理和误差；

3、用实验仪设计实现温度仪；

【

4、利用标准电阻箱对电阻测量进行标定；

5、根据分度表进行线性校正。

四、实验设备：

标准电阻箱（Pt100 热电阻），CSY-3000 实验仪，CKXT-I 型综合实验仪，万用表。五、实验步骤：

1、用万用表欧姆档测出Pt100 三根线中其中短接的二根线(同种颜色的线)设为1、2，另一根设为3，并测出它在室温时的大致电阻值（实际测得欧姆）。

2、在主机箱总电源、调节仪电源都关闭的状态下，再根据图1示意图接线，温度传感器实验模板中ａ、ｂ(Ｒt)两端接传感器，这样传感器(Rt)与R

3、R1、Rw1、R4 组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。

3、放大器调零、调增益：将图1中的温度传感器实验模板的放大器的两输入端引线(一根传感器引线、另一根桥路输出即Rw1 活动触点输出)暂时不要引入，而用导线直接将放大器的两输入端相连(短接)；将主机箱上的电压表量程(显示选择)切换开关打到2Ｖ档，合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的RW2(逆时针转到底)增益电位器，使放大器增益最小；再调节RW3(调零电位器)使主机箱的电压表显示为０。

4、关闭主机箱电源开关，将电阻箱接入电路，并将实验模板中放大器的输入端引线按图1连接，检查接线无误后，合上主机箱电源开关。

5、参照pt100热电阻的分度表得出0—150℃对应的电阻箱的阻值，并通过实验模板的电路将不同温度对应的电压在实验仪上显示出来。为减小误差在每一温度点可测取多组电压值，求平均值后填入下表中

6、使用Matlab 来处理实验得到的数据。先把测量得到的数据利用最小二乘法进行线性拟合。并将拟合求得的公式写入CKXT-I的程序中，实现将采集到的电压值转换为温度值并将测量结果显示在LED 上。将测量的温度填入表中。

（

7、将测量温度和给定温度进行比较，并分析温度测量过程中存在的误差。

六、数据记录与分析：

1. 未考虑电阻箱电阻，对电压求2次平均（正反）后得出的实验数据：