测试装置的设计

A. 预作用喷淋系统的末端试水装置

末端试水装置是设置在有联动要求的湿式、干—湿式及预作用系统上，用以检验系统可靠性的一种手动检验装置，尤其在湿式系统中，能通过试水观察压力表示值和水流是否稳定，通过压力表示值，校核试水口流量，经计算判断系统的启动流量是否符合要求。

由于目前国内暂时无成套的末端试水装置可供选购，设计规范和施工及验收规范又没有很明确的规定，设计人员往往根据GB50261—96.第5、4、8条“末端试水装置宜安装在系统管网末端或分区管网末端”和本条款条文说明“末端试水装置一般由连接管、压力表、控制阀及排水管组成，有条件的也可采用远传压力、流量测试装置和电磁阀组成，总的安装要求是操作简便，检测结果可靠”的要求，把末端试水装置设计成如图-1，而施工人员往往把排水管随意就近接入废水管或雨水管，笔者认为这样的做法有很多弊端。

其一，压力表不应装在阀门前面。虽然在未开启试水装置前可直现地看到管网中的水压力（静压）和确认管网中有水，但如果在报警阀与水流指示器之间设置了控制阀且控制阀未采用信号阀或被施工人员误装成普通控制阀的情况下，由于楼层面积较大，在分区管网的系统调试中只试验了最不利点管网的末端试水装置的联动控制，有可能造成有的分区控制阀未打开，误以为整个系统正常，在火灾发生时，不能得到喷淋水泵的供水而不能灭火。

其二，试验流量不准确。开启方试水装置进行系统试验时，不能模拟最不利点喷头的实际流量，造成试验时系统有效，但实际使用时，可能由于最不利点处的喷头开放后，实际流量达不到水流指示器或湿式报警阀的动作流量而不报警。

因为流量特性系数K=80的标准喷头在0.1Mpa工作压力下流量为80L/min，规范允许在最不利点处喷头的工作压力可以为0.05Mpa，根据公式：

q=K√10p

K—流量特性系统，标准喷头K=80

P—喷头处的水压（Mpa）

q—喷头的喷水量

最不利点喷头的喷水量q=K√10p≈57L/min，也就是说最不利的楼层或管网分区的水流指示器的动作流量为57L/min，这就是水流指示器的最小动作流量。但是为了安全和可靠，许多生产厂家把自己生产的水流指示器的最小动作流量指标定得比较低。按照《水流指示器的性能要求和试验方法》（GA32-92）标准规定水流指示器的灵敏度应满足当q≤15L/min时，不应报警；15L/min<q<37.5lmin时应该报警；q=37.l min时必须报警。报警的最大流量不应大于37.5l="" min。而规范又规定湿式报警阀当系统侧流量q≤15l="" min时不报警，由副阀向系统侧补充压力；当15l="" min<q≤60l="" min时，主阀板是处于开启或者似开非开失去密封的状态；信号管内已有水流通过，并进入延时器，只是延时器在90s内不报警而已；只有当系统侧以60l="" min的流量放水时，压力开关和水力报警才在5~90s内报警。

所以如图-1的设置，打开阀门试水时，流量很容易就大于水流指示器的动作流量或大于湿式报警阀的动作流量，但由于流量没有一个确定值，并不能说明当最不利点处口喷头开放时整个系统的可靠性。

第三，排水管安装不合理。试水装置的排水管不应直接接入排水立管或雨水管，而应该设有间接排水的漏斗和排水管，以便在放水时能直观地反映出水量。

通过多年的工作实践，笔者认为，末端试水装置应设置在系统中水力条件最为不利的喷头末端，它应由控制阀、压力表、试水口及排水装置组成（见图-2），试水口的K值应与该区域中最小喷头的K值相同，为了模拟一只喷头的开放，建议采用闭式喷头截去2个轭臂和溅水盘的方式来替代试水口。控制阀宜采用截止阀，具有调节流量的作用，而且密封面不易损伤。压力表应设在控制阀的下游，尽量靠近试水口，以便真实反映试水口喷水时的喷水压力，准确地计算出试水口的流量。试水口的出口不应连接排水管，必须以孔口出流的方式间接地排入排水管装置或排水明沟。

只有这样，才能使末端试水装置能模似一只喷头的流量放水，检验系统能否在最不利点处开放一只喷头时，使系统中的水流指示器、报警阀、压力开关、水力警铃都能正常动作，喷淋泵能及时启动，同时也表明了系统中任何一个喷头开放，系统都能可靠地联动运行。

B. 怎么对进行断路器性能测试方法

断路器的测试是如何进行的？

不同的断路器测试设备用于检查电力系统上断路器的运行和状况。如何测试断路器涉及许多不同的测试技术和测试仪类型。这将定义如何通过不同的测试工具测试断路器，以在一系列条件或操作类型下检查设备。了解如何使用您可能需要的不同测试装置来测试断路器。

使用不同设备进行测试：

要考虑如何测试断路器，需要对断路器本身有深入的了解：

1.这个怎么运作

2.它的公差，

3.先前测试的参考值，

4.用于比较实际结果的初始值，有时由额定时序图定义，

5.制造商提供的既定设置或初始功能。

从这个意义上说，如何测试断路器成为趋势分析，因为测试结果并不总是确定的，但与以前的数据或结果相比才有意义。

使用断路器分析仪进行测试

断路器不同分合闸操作的定时测试是测试断路器的一种有效方法，不仅分析跳闸时间，而且分析不同操作中各极的基本同步性。这定义了如何通过其操作的不同模拟来测试断路器，可以直接从断路器分析仪发出命令，或由外部信号启动，检查每个极的打开或关闭时间，在单个或组合操作中，以及检查可能导致危险的不同步的极点或失配时间之间的可能差异。如何使用断路器分析仪测试断路器还取决于要确认的可能问题的类型，这会导致检查其他功能，例如可能的弹跳。

用微欧表测试

断路器通常承受巨大的电流值。更大的接触电阻会导致更大的损耗、低载流能力和威胁断路器中的热点，因此使用微欧表进行电阻测试是测试断路器以识别和避免即将发生的问题的另一种方法。如何使用微欧表测试断路器还需要可靠的测量和大功率的宽注入范围，以实现更长的测试引线、更少的连接问题和更准确的测量。

使用大电流初级注入测试仪进行测试

低压断路器和塑壳断路器的脱扣时间特性分析使用大电流注入进行，作为检查整个功能的方法。如何测试这种类型的断路器取决于其最大额定电流、跳闸保护设置以及定义过载和短路跳闸启动水平和时间延迟的反向曲线类型；所有这些功能都必须使用适当的初级注入测试装置进行检查，该测试装置能够模拟所需的相应大电流故障并捕捉断路器的答案。一个易于升级功率容量的系统，可以在不同的可能情况和断路器范围内测试断路器；如何测试这种断路器还需要测试装置的可弯曲设计以有效地实现一定的大电流工作，并且设计可以将其放置在更靠近断路器的位置，从而通过更小的测试来降低所需的功率线索；Raptor 系统就是这种情况，它是一种模块化且灵活的初级注入系统，可轻松快速地使其功率容量适应不同断路器的几个高电流额定值。

C. 复合绝缘子憎水性测试装置是什么

GD-710复合绝缘子憎水性测试装置由带电喷水装置、绝缘子喷水图像拍摄装置、憎水性分析软件光盘、便携式微型计算机、USB数据传输线等组成。

1.喷水装置

（1）装置采用了红外遥控、单片机自控技术和微型电泵驱动等技术，自动化程度高。

（2）装置采用模块化结构，由四部分组成：①红外控制信号发射部分、②空心绝缘操作杆、③红外信号接收和微型电泵控制部分、④微型电泵驱动喷水部分。各部分拆装、更换方便。装置结构紧凑，重量轻，便于携带和操作，适合现场使用。

（3）红外信号发射部分由供电电源、空心绝缘棒、嵌于棒内的红外信号发射器、凸出于空心绝缘棒表面并与红外信号发射器连接的操作按钮、嵌于棒内的并与红外信号发射器连接的红外信号发射头构成。供电电源为12V高能碱性电池。

（4）空心绝缘操作杆的材料为玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料，为操作提供有效安全绝缘距离（500KV,单独配置）。空心绝缘操作杆后端通过连接附件与红外信号发射部分螺纹连接，其前端则通过连接附件与电动喷水部分螺纹连接。连接附件为不锈钢材料。

（5）红外信号接收和微型电泵控制部分由嵌于空心绝缘操作杆前端内的红外信号接收头、可充电电源、红外信号接收和微型电泵控制器三部分构成。红外信号接收头通过导线与红外信号接收和微型电泵控制器相连。可充电电源、红外信号接收和微型电泵控制器两部分封装在铝制壳体内并用合页套接固定在空心绝缘操作杆前端。可充电电源为1600mAh锂电池，可保证装置喷水2小时，能满足现场长时间测量要求。（充电器标准配置）可充电电源充电器采用12v充电器。

（6）电动喷水部分是由微型电泵、水壶以及可旋转喷头构成。微型电泵封装于微型电泵腔中，并通过导线与无线信号接收和微型电泵控制器相连。微型电泵腔通过连接附件与水壶螺纹连接，微型电泵通过水管与水壶内腔相通。可旋转喷头通过连接附件与微型电泵腔连接，连接附件通过水管与微型电泵连接实现向可旋转喷头供水。可旋转喷头经特殊工艺制备，可任意调节喷水角度，可喷射实心圆椎体水雾，从而可以保证待测试样表面各部分均匀受水。

2.绝缘子喷水图像拍摄装置

本装置采用数字图像分析技术来判断复合绝缘子表面的憎水性状态，因此需要获取绝缘子的喷水图像。拍摄需要克服一些不利的现场条件，特别是拍摄目标较小（一般复合绝缘子伞裙的直径为十几厘米）、拍摄距离较远（一般都有1米以上的距离）和操作稳定性较差（如远距离高光学变焦拍摄带来的抖动、操作人员在塔上手持拍摄带来的抖动等）。为了克服以上问题，喷水图像的拍摄装置应采用具有高像素、高光学变焦性能、高存储量、定焦速度快、曝光速度快、防抖动性能优异及具有静像拍摄功能的微型数码摄像机。

3.憎水性分析软件

本装置通过憎水性分析软件来分析运行复合绝缘子的憎水性状态。本软件的核心功能为憎水性等级判断，由客观判断和主观判断两部分组成。

（1）客观判断

憎水性的客观判断是本软件的特色部分，所依据的判断方，即通过软件设计的判断方法，对拍摄到的图像进行分析并得出检测结论。

（2）主观判断

在实现了憎水性等级客观判断功能的基础上，本软件还设计了憎水性等级主观判断功能。主观判断所依据的方法为传统HC分级法所采用的图像对比法，即在软件中嵌入HC分级法的标准图像，将现场获得的喷水图像输入软件后，通过对比其与各标准图像的相似性来获得憎水性等级。一般情况下，主观判断只是作为一种辅助判断方法，用以验证客观判断的结果。

操作细则

1、复合绝缘子憎水性检测应选择良好天气下进行，不易在雷、雨、雪、雾等天气下进行，同时环境湿度应尽量不大于80%。

2、复合绝缘子憎水性检测时，为了防止喷水装置储水瓶中的水结冰以及喷出的水雾在绝缘子表面结冰，环境温度应高于0℃。

3、复合绝缘子憎水性检测时，风力应不大于3级。

4、待测杆塔的三相复合绝缘子串均应进行憎水性测量；对于每支待测复合绝缘子，可选择靠近接地侧1-3个大伞裙的上表面进行憎水性带电测量，但尽量不选择接地侧第一伞。

5、复合绝缘子憎水性检测需3名及以上工作人员，其任务分工是：塔上喷水操作1名，塔上拍摄操作1名，地面指挥1名。

6、登塔前，喷水操作人员在喷水装置的储水瓶中装满去离子水，并检察装置是否漏水，电源电量是否充足；拍摄操作人员检查摄像机的电池的电量是否充足，记忆棒和磁带是否正确装入摄像机。

7、塔上操作人员携带喷水装置和拍摄装置登塔至悬挂待测绝缘子的横担上或其附近，也可以在登塔后用定滑轮将装置吊上。

8、名塔上操作人员在横担上或靠近横担处距离绝缘子挂点1.5米以内的范围内选择合适的操作位置，至少需要保证拍摄操作人员满足上述要求。

9、拍摄操作人员打开数码摄像机电源，摄像机镜头对准待测伞裙，并使拍摄角度尽量大；调整光学放大倍数，使待测伞裙的影像正好充满摄像机观察屏，如不能满足该条件，则将光学放大倍数调制到最大。

10、喷水操作人员调节喷头的出水方向使其与待测伞裙基本平行，使喷水装置的喷头距离待测伞裙约10cm左右但喷头略高于待测伞裙。

11、拍摄操作人员打开录像开关并指示喷水操作人员开始喷水；喷水操作人员点动喷水装置的控制按钮对待测伞裙进行30ml定量喷水；如果现场风力较大或喷水距离不满足（10）要求，可适当增加喷水量，以伞裙表面水分状态不再发生明显变化为止；喷水操作结束10秒后，录像结束。

12、一片伞裙憎水性测量结束后，两名塔上操作人员重复（9）-（11）步骤，开始对下一片伞裙进行憎水性测量。

13、一相绝缘子憎水性测量结束后，两名塔上操作人员重复（8）-（12）步骤，开始对下一相绝缘子进行测量。

14、一基杆塔测量结束后，两名塔上操作人员返回地面；回放每片伞裙的喷水录像，并将喷水操作结束后2秒区间中的画面截取一桢转拍至记忆棒中；也可以用数据线将拍摄装置与计算机连接并使用相关截图软件截取。

15、记录检测的背景信息，包括：绝缘子型号、安装日期、检测时间、检测位置、检测时的天气、光照、温度、湿度和污染情况等。

16、将记忆棒中的憎水性图像通过USB电缆输入到笔记本电脑中并通过憎水性分析软件进行憎水性状态的判断，存储判断结果，同时存储测量时的背景信息。

17、工作人员转移至下一待测杆塔进行憎水性测量。

18、如果现场无风，或风力很小，可以考虑直接用静像拍摄模式来获取憎水性图片，拍摄时间为喷水操作结束后10秒内。

D. 火力发电厂风量测量装置究竟该如何选型

这个问题很普遍。由于目前常用形式的空预期总有不同程度的漏灰，所以热风里面都有比较多的灰，而许多差压式的风量测量装置虽然宣传上说是有防堵，实际上防堵效果很差，特别是在目前火电用煤煤质很差的情况下，给大家增加很极大的麻烦，也威胁到机组的经济、安全运行。
带巴字的流量测量装置，多是那种两根杆或者一根杆子上有很多窟窿的差压式流量测量装置，这类装置其实是不适合用在火电的各种风量测量上的（蒸汽流量测量倒是挺好），这类装置设计上鼓吹的防堵形式在实际应用中其实很糟糕，以至于后来不得不增加反吹扫装置，这样一来不光是增加了成本，更增加了维护量，而且对于价格不菲的微差压变送器也造成了损坏的几率，这在大量事实中被证实了的。
后来文丘里式的一些流量计盛行了一段时间，其实测量效果还是不好，一方面，对于截面积较大的管道，应该网格法多布点测来那个，而文丘里类的能投入的测量点很少，电厂的管道例如你说的二次风，很少有足够的直管段，而多数的文丘里类测量装置最多在一个截面上投入2-4个点，这是不行的。另外一方面，防堵的措施仍然无效。我们在电厂见过许多被换下的多喉颈双喉咙径测量装置里面如你说的那样全是灰。
你说的那种你没见过的是啥类型的，哪里产的，请你描述一下，我来帮你分析一下。

E. 热能表检定装置的装置主要部分介绍

控制柜的功能如下：
（1）可用启动、停止按钮来开启和停止装置。
（2）通过指示灯可清晰反映恒温槽、气泵、仪表、各个加热管的运行状态。
（3）通过变频器、差压表、压力表、温控仪、大小流量计的大屏幕显示仪来实现显示时的数据。
（4）实时显示装置的A、B、C相电流及相电压。
（5）采用六位数字式高准确度热电阻检定仪来测量直流电阻的阻值，从而准确的得到恒温槽的标准温度值。
（6）采用主控机和微控机进行实时通讯，双向传输数据和指令。 热水流量检定装置由加热循环水箱、变频水泵、热水流量标准器（标准表）、热水试验管路、换向器、控制系统等组成。
1.循环热水箱
根据热能表检定规程的要求，热能表的总量检定及流量检定应在（50±5）℃的水温下进行。因此循环水箱不仅要具有加热及温度调节功能，还要有较好的保温功能。热水箱内部水循环保持水温均匀稳定。
循环热水箱由加热管、铂电阻温度传感器及PID温度调节仪组成，是整个装置热水流量的来源。为热能表检定装置而设计的保温设备，由内、中、外三层组成。中层为性能良好的保温材料。外观美观，加热快且保温性能好。为了缩短加热时间，提高检定效率，本系统设计了大功率纯不锈钢加热管，加热快，寿命长，对缓冲罐也保温并微加热，对热水箱内热水缓慢循环，水温均匀稳定。
其技术指标如下： 使用介质 软水 电导率 >5μS/cm 容量 1m 功率 9kw 升温速度 >10℃/1h 2、变频水泵
变频水泵是整个系统的动力来源，其性能严重影响到检定系统的稳定性，我们采用的是日本三菱变频配西德威乐水泵。其性能好转速均匀稳定，噪音低，寿命长，保证了装置流量的稳定性要求。
3、调节阀和开关阀
阀门是整个流量控制的重要部件，它的好坏直接关系到整个装置的性能。本装置采用的阀门有调节阀（调节流量大小）和开关阀（控制水流的方向及水流的导通与切断）两类。
4、标准表
所谓标准表法检定装置指以标准流量计为流量计作为检定的标准表。本装置采用科隆公司的电磁流量计作为标准表，该电磁流量计是国际上信誉良好的品牌，0.2级；脉冲当量高达0.1ml/p，即最小读数可至0.1ml。因此其精度高，重复性好，性能稳定可靠。
5.精密电子称
精密电子称是质量法检定装置热水流量标准系统的主要标准器。本装置采用瑞士品牌，皮萨三档自动转换的精密电子称，其特点是测量精度高（准确度为1/6000）、抗过冲能力强、皮重允许达到称量95%、自动复零、自动换档、量程宽（一台抵三台）、经济实用、性能稳定性、维护简单、寿命长。 配对温度传感器检定装置由恒温槽、二等标准铂电阻温度计、热电阻检定仪组成。
1.恒温槽
用来模拟热量表进水口与出水口的环境温度。为了减小设备体积，操作方便，采用两槽一体式热量表专用恒温槽。
设备采用大功率加热器作为加热装置，以制冷压缩机作为降温装置，其特点是升温和降温速度快，过度时间短（小于4分钟），是国内外温度波动度小及温度均匀度好的恒温槽，大大提高了系统的精度和效率。
其技术指标如下： A槽 B槽 工作温度范围 4℃-95℃ 室温-95℃ 温度波动度 ±0.01℃/30 min ±0.01℃/30 min 温度均匀度 0.005℃-0.01℃ 0.005℃-0.01℃ 过渡时间 ≤4min ≤4min 槽体容积 13L 13L 工作介质 软水 软水 总功率 2.2kw 1.5kw 电源 220V/50Hz 220V/50Hz 外型尺寸 900（mm）×450（mm）×1150（mm） 2.二等标准铂电阻温度计
该设备是整套装置中温度测量的标准器具，采用两只石英外护管二等标准铂电阻温度计。特点是具有极佳的长期和短期稳定性。
3.热电阻检定仪
用于测量直流电阻的阻值(二等标准铂电阻温度计)，依此得到恒温槽的标准温度值。本装置采用一台六位半数字式高准确度热电阻检定仪，该仪表测量准确度高，分辨力高达万分之一欧，稳定性、线性度好，抗干扰能力强，而丑具有两个测量通道。该仪表不需要配备其它设备即可直接测量四线制(或两线制)直流热电阻。
其技术指标如下： 测量范围 0 -220.0000Ω 分辨力 0.1mΩ 测量速度 3次/秒 误差 ±(0．006%RD+1 0字) 长期稳定性 在产品参比条件下，一年内的误差符合±(0.0 1%RD+1 0字) 计算器检定装置是对热量表的计算器部分进行准确性测试的装置。它由标准电阻箱、脉冲信号发生器、恒温槽、二等标准铂电阻、热电阻检定仪等组成。
工作原理：根据被检热量表的流量传感器及配对温度传感器是否可拆卸，又有两种不同的检测方法，即完全模拟信号法和组合模拟信号法。
完全模拟信号法工作原理：采用标准脉冲发生器和标准电阻箱为被检计算器提供模拟流量和温度信号，在经过一段时间的热能积算后，将检定装置提供的标准热能值与被检计算器显示的热能进行比较，从而确定计算器的准确性。该方法主要实用于对在生产过程中还没有装配流量如感器和配对温度传感器的热量表的检定。
组合模拟信号法工作原理：由两个恒温水槽模拟供热管路中供水、回水的温度，用标准脉冲发生器提供一定数量的标准流量值，将两支标准铂电阻温度计和被检计算器的两个温度传感器分别置于两个恒温水槽中，由两个恒温槽标准温度计算出的焓差值与标准流量的乘积得出标准热量值，与热量表计算器显示的热能累计值相比较，从而确定温度传感器和计算器的准确性。该方法主要实用于已经装配好配对温度传感器且无法拆卸的热量表的检定。

F. [测试技术动态压力传感器设计]微型动态压力传感器

测 试 技 术

传感器设计（动态压力）

设计作品名称：电团岩子式水流压力传感器 作品设计人员：王思云（[1**********]）王剑峰（[1**********]）

组员：王世斌（[1**********]）余光林（[1**********]） 王泽青（[1**********]）

课程名称：测试技术

学院：机械与交通学院

专业：交通运输

设计时间：2013年11月26日-2013年12月1日

电子式水流压力传感器的设计

有关压力传感器简介—带或耐—压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压电传感器。

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。诸如空气流动压力，液体流动压力，接下来我们设计的动态压力传感器就是利用水流压力来测量各种数据的传感器——水流压力传感器

目 录

绪论......................................................................................

1.1 背景....................................................................................................

1.2 应用实例..........................................................................................

原理分析..............................................................................

2.1 工作原理...........................................................................................

实现过程..............................................................................

3.1 电路图设计.......................................................................................

3.2 电路仿真...........................................................................................

心得体会 ...............................................................................

绪 论

1.1 背景

水流压力传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸蠢春钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小，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。

这种压电电阻效应是由于应力的作用，引起导体与价电子带能量状态的变化，以及载流子数量与迁移率变化所产生的一种现象。日本从1970年开始研究开发，首先应用在血压计上，之后在过程控制领域及轿车发动机控制部分都获得了广泛的应用。最近几年在家用电器、家用水表、等应用领域普遍采用电子压力传感器作为压力控制、流量监控的效果。

图1 电子压力传感器模型

1.2 应用实例

图2 水流压力传感器在全自动洗衣机中的应用

图3 水流压力传感器结构图

图4 水流压力传感器在水表中的应用 测量流量

图2是水流压力传感器在全自动洗衣机中的应用实例。如图所示，利用气室，将在不同水位情况下水压的变化，作为空气压力的变化检测出来，从而可以在设定的水位上自动停止向洗衣机注水。图3是水流压力传感器在水表当中的应用实例，利用管道当中的水流压力压迫管壁上的流量传感器，将压力信号转换成数字信号显示在水表上。

第2章 原理分析

2.1 工作原理

图1为PS水流压力传感器的截面结构图，图2为其传感器部分的结构。如图所示，在压力传感器半导体硅片上有一层扩散电阻体，如果对这一电阻体施加压力，由于压电电阻效应，其电阻值将发生变化。受到应变的部分，即膜片由于容易感压而变薄，为了减缓来自传感器底座应力的影响，将压力传感器片安装在玻璃基座上。

如图2，图3所示，当向空腔部分加上一定的压力时，膜片受到一定程度的拉伸或收缩而产生形变。压电电阻的排列方法如图3所示，受到拉伸的电阻R2和R4的阻值增加；受到压缩的电阻R1和R3阻值减小。图4由于各压电电阻如图4那样组成桥路结构，如果将它们连接到恒流源上，则由于压力的增减，将在输出端获得输出电压ΔV，当压力为零时的ΔV等于偏置电压Voffset,在理想状态下我们希望Voffset=0V，实际上在生成扩散电阻体时，由于所形成的扩散电阻体尺寸大小的不同和存在杂质浓度的微小差异，因此总是有某个电压值存在。压力为零时，R1=R2=R3=R4=R，我们把加上一定压力时R1、R2电阻的变化部分记作ΔR；相应R3、R4电阻的变化部分记作-ΔR，于是ΔV=ΔRI 。这个ΔV相对压力呈现几乎完全线性的特性，只是随着温度的变化而有所改变。

第3章 实现过程

3.1 电路图设计

图5是PS压水流压力传感器的外围电路设计实例，图中用恒流源来驱动压力传感器。

图5 水流压力传感器设计电路

由于桥路失衡时的输出电压比较小，所以必须用运放IC1b和IC1C来进行放大。图中VR1为偏置调整，VR2为压力灵敏度调整，VR3为没有加压时输出电压调整，C1、C2用于去除噪声。另外，如果电源电压波动的话，将引起输出电压的变化，所以必须给电路提供一个稳定的电源。

3.2 电路仿真

心得体会

测试技术（传感器技术）是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，也是一门综合性的技术基础学科，它需要数学、物理学、电子学、力学、机械等知识，同时还要掌握各种物理量的变换原理、各种静态和动态物理量（如力、振动、噪声、压力和温度等）的测定，以及实验装置的设计和数据分析等方面所涉及的基础理论。在做此次设计前，我把老师所讲的测试技术教材通读了一遍，对测试技术有了一定得了解。因为在这之前，没有接触过类似的课程设计，所以这次实验，我们感觉有些困难。 传感技术是一门综合性的课程知识，想做好这次实验，必须要有较好的理论知识，例如：电路，模电，还有画图时，也要用软件画图multisim仿真软件的使用。只有熟悉了这些们课程才能真正的完成这次实验。首先，是电路图的设计，要明白传感器的原理及在电路中的作用是什么。虽然最终设计出的电路图不是很复杂，但是也是几经周折。其次，是在multisim中连接电路元件，让我们进一步得熟悉了这个软件的功能，并能运用自如。最后，是电路的仿真，可以说是最关键的一部了，前面所有的工作都是在为它打基础，一旦仿真失败就意味着所有得努力可能全部白费。仿真的结果虽然显示出数字来了，但是和是要得要求相差很远。因此，就一次一次的调试，改变电阻的阻值，以及滑动变阻器的阻值，最终把结果调试出来了。

通过这次传感器的设计,使我们学到了不少实用的知识,更重

要的是,做设计的过程,思考问题的方法,这与做其他的设计是通用的,真正使我们受益匪浅.在这次设计的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。在调试电路图的过程中，要自己学会思考。最后，通过这次设计我们不但对理论知识有了更加深刻的理解，更加增强了我们的综合能力，希望以后能多有这样的作业，使我们能把所学的专业知识实践运用。使我们整体对各个方面都得到了不少的提高让我们得到更好的锻炼。

G. 求《单片机温度测量系统设计》的相关资料！

要：本文介绍了一种基于MSP430 单片机的温度测控装置。该装置可实现对温度的测量，并能根据设定值对环境温度进行调节，实现控温的目的。控制算法基于数字PID算法。

0 引言
温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用[1]。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。
本文设计了一种基于MSP430单片机的温度测量和控制装置，能对环境温度进行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执行机构，实现调节环境温度的目的。

1 整体方案设计
单片机温度控制系统是以MSP430单片机为控制核心。整个系统硬件部分包括温度检测系统、信号放大系统、A/D转换、单片机、I/O设备、控制执行系统等。
单片机温度控制系统控猜神制框图如下所示：

温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。在单片机中对信号进行采样，为进一步提高测量精度，采样后对信号再进行数字滤波。单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。如果检测值高于设定值，则启动制冷系统，降低环境温度；如果检测值低于设定值，则启动加热系统，提高环境温度，达到控制温度的目的。

2 温度信号检测
本系统中对检测精度要求不是很高，室温下即可，所以选用高精度热敏电阻作为温度传感器。热敏电阻具有灵敏度较高、稳定性强、互换精度高的特点。可使放大器电路极为简单, 又免去了互换补偿的麻烦。
热敏电阻具有负的电阻温度特性,当温度升高时,电阻值减小,它的阻值—温度特性曲线是一条指数曲线,非线性度较大。而对于本设计，因为温度要求不高，是在室温环境下，热敏电阻的阻值与环境温度基本呈线性关系[2]，这样可以通过电阻分压简单地将温度值转化为电压值。
给热敏电阻通以恒定的电流，可得到电阻两端的电压，根据与热敏电阻特性有关的温度参数T0 以及特性系数k，可得下式
T＝T0-kV(t) (1)
式中T为被测温度。
根据上式，可以把电阻值随温度的变化关系转化为电压值随温度变化的关系,由于热敏电阻的电信号一般都是毫伏级，必须经过放祥缓大，将热敏电阻测量到的电信号转化为0～3.6之间，才能在单片机中使用。
下图为放大电路原理图。稳压管的稳压值为1.5V。

由于传感器输出微弱的模拟信号，当信号中存在环境干扰时，干扰信号也被同时放大，影响检测的精度，需用滤波电路对先对模拟信号进行处理，以提高信号的抗干扰能力。本系统采用巴特沃斯二阶有源低通滤波电路。选取该巴特沃斯二阶有源低通滤波电路的截止频率
fH=10 kHz 。

3 控制系统设计
3.0 软件设计
单片机温度控制器控制温度范围100℃到400℃，采用通断控制，通过改变给定控制周期内加热和制冷设备的导通和关断时间，来提高和降低温度，以达到调节温度的目的。
软件设计中选取控制周期TC 为200(T1×C) ，导通时间取Pn ×T1×C ，其中Pn 为输出的控制量，Pn值介于0～200之间， T1 为定时器定时的时间，C为常数。由上两式可看出，通过改变T1 定时时间或常数C，就可改变控制周期TC 的大小。温度控制器控制的最高温度为400℃，当给定温度超过400℃时以400℃计算。
图3为采样中断流程图。

数模转换部分使用单片机自带的12位A/D转换器，能同时实现数模转换和控制，免去使用专用的转换芯片，使系统处理速度更快，精度更高，使电路简化。采样周期为500 μs ，当采集完16个点的数据以后，设置标志“nADCFlag =1”，通知主程序采集完16个点的数据，主程序从全局缓冲区里读出数据。
为进一步减小随机信号对系统精度的影响，A/D转换后，用平均值法对采样值进行数字滤波。每16个采样点取一次平均值。然后将计算到的平均值作为测量数据进行显示。同时，按照PID算法，对温度采样值和给定值之间的偏差进行控制谨兆模，得到控制量。采样全过程完成后就可屏蔽采样中断，同时启动T1定时[3]，进入控制过程。
温度值和热敏电阻的测量值在整个温度采样区间内基本呈线性变化，因此在程序中不需要对测量数据进行线性校正。MSP430的T1定时器中断作为控制中断，温度采样过程和控制输出过程采用了互锁结构，即在进行温度采样，温度值处理和运算等过程时T1不定时，待采样全过程进行完时再启动T1定时并同时屏蔽采样中断。T1定时开始就进入控制过程，在整个控制过程中都不采样，直到200(T1×C) 定时时间到，要开始新一轮的控制周期。在启动采样的同时屏蔽T1中断。
图4为T1定时中断流程图。

图中，M代表定时器控制周期计数值，N则表示由调节器计算出的控制量。首先判断控制周期TC是否己经结束。若控制周期TC已结束(即M=0)，则屏蔽T1定时器中断，进行新一轮温度采样；若控制周期TC还未结束〔即M≠0 〕，则开始判断导通时间是否结束。若导通时间己结束(即N=0)，则置输出控制信号为低，并重新赋常数C值，启动定时器定时，同时退出中断服务程序；若导通时间还未结束(即N ≠0 )，则置输出控制信号为高，控制执行其间继续导通，重新赋常数C值，启动定时器定时，同时退出中断服务程序。

3.1 数字PID
本文控制算法采用数字PID 控制，数字PID 算法表达式如下所示：

其中，KP 为比例系数；KI=KPT/TI 为积分系数；T 为采样周期，TI 为积分时间系数；KD=KPTD/T 为微分系数，TD 为微分时间系数。u(k) 为调节器第k次输出， e(k) 为第k 次给定与反馈偏差。
对于PID 调节器，当偏差值输出较大时，输出值会很大，可能导致系统不稳定，所以在实际中，需要对调节器的输出限幅[4]，即当|u|>umax 时，令u=umax 或u=-umax ，或根据具体情况确定。

3.2 温度调节
PI 控制器根据温度给定值和测量值之间的偏差调节，给出调节量，再通过单片机输出PWM 波，调节可控硅的触发相位的相位角，以此来控制执行部件的关断和开启时间，达到使温度升高或降低的目的。随后整个系统再通过检测前一阶段控制后的温度，进行近一步的控制修正，最终实现预期的温度监控目的。

4 结论
本设计利用单片机低功耗、处理能力强的特点，使用单片机作为主控制器，对室内环境温度进行监控。其结构简单、可靠性较高，具有一定的实用价值和发展前景。

参考文献
[1] 赵丽娟，邵欣.基于单片机的温度监控系统的设计与实现.机械制造，2006，44(1)
[2] 张开生，郭国法.MCS-51 单片机温度控制系统的设计.微计算机信息，2005，(7)
[3] 沈建华，杨艳琴，翟骁曙..MSP430 系列16 位超低功耗单片机原理与应用.清华大学出版社，2004，148-155
[4] 赖寿宏.微型计算机控制技术.北京:机械工业出版社，1994:90-95