爆炸现场温度动态测试的方案设计

XJzy

　测量系统就是通过传感器把被测信号转换成电信号，从而测量出被测量。温度测量系统就是通过温度传感器把温度信号转换成模拟电信号，为了方便直观，再把电信号用显示器显示出来的系统。随着社会的进步、科技的发展以及工业生产的需要，人们对温度的测量和控制越来越重视，对温度测量产品的测量精度要求也越来越高。对温度的准确采集及合理调控，将会对那些对温度测试要求较高的工作环境起到至关重要的作用。通常温度测量系统是以温度传感器为核心的测温系统，随着科学技术的进步，温度测量系统的设计也越来越向集成化、智能化方向发展。本文是基于CPLD和钨铼热电偶温度传感器的爆炸现场温度动态测试的方案设计。
　　在爆炸现场温度动态测试中，我们用到的技术叫存储测试技术。所谓存储测试技术，是指在对被测对象无影响或影响在允许范围的条件下，在被测体内置入微型存储测试仪器，现场实时完成信息快速采集与存储，事后回收记录仪，由计算机处理和再现被测信息的一种动态测试技术。
　　爆炸现场温度动态测试总体设计
　　本次设计的温度测试系统，主要是利用CPLD来实现。温度传感器将外界温度信号转换为微弱的电压信号，通过模拟电路部分将输入信号进行放大和滤波，再经过A/D转化电路把模拟信号转换为数字信号，然后经过FIFO存入存储器，计算机通过接口电路对数据进行读取。其中，A/D转换器、FIFO、存储器和电源管理模块都是由CPLD控制。
　　主控芯片CPLD的选择
　　在本次设计中使用Xilinx公司生产的XCR3128作为温度测试系统的主控CPLD芯片。XCR3128有100个引脚，其中有76个I/O引脚，4个信号接口，4个全局时钟，7个VCC，8个GND，1个PORT_EN;共包含128个宏单元，VCC为3.6V，电流限制为200mA。XCR3128封装小，功耗低，充分满足了实际需要。在本次设计中，控制部分主要由CPLD控制电路时序和工作模式的产生。主要功能有：
　　1)电源管理及控制模块：该模块主要实现测试系统的电源管理及全局时钟控制，从而达到降低功耗和控制各信号初态的目的。
　　2)时钟分频模块：该模块主要实现对从晶体振荡器输出到CPLD的时钟进行分频，从而得到A/D转换器、存储器和FIFO需要的时序。
　　3)编程触发比较模块：该模块主要实现触发温度数字电平的编程，通过移位寄存器实现;数字比较部分是把A/D转换结果和所编温度数字电平值比较判断触发与否。
　　4)FIFO及存储器地址模块：该模块主要实现生成FIFO和存储器需要的地址，FIFO和存储器的数据读写。
　　5)A/D时序产生模块：该模块主要实现A/D转换器的CONVST/和读信号的时序生成。
　　6)读数模块：该模块主要实现读数接口的逻辑连接控制，接收计算机发送的脉冲信号，以完成数据传输的目的。
　　温度传感器
　　本次使用的是美国NANMAC公司的E12钨铼侵蚀热电偶。因为在爆炸场等高温、高压、高冲击的恶劣环境下，采集瞬时温度的动态变化对温度传感器要求很高。而该热电偶瞬态温度响应时间仅为几百微妙，温度范围高达2315℃，耐压程度高达69MPa，完全能够满足爆炸场温度测试的需要。为了使E12钨铼热电偶冷端温度固定在0℃，本次设计采用了补偿电桥法补偿冷端的温度变化。
　　热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。
　　侵蚀型热电偶能测量前所未有的温度数据。因为该热电偶结置于探头端面上。它可以加工成任何形状。在测量过程中会受侵蚀或磨损，但它会在受侵蚀的情况下自动更新其热电偶结。此外，它的响应时间达到微秒级，可测量内壁表面或室内的两种不同的温度：一种是表面温度(热接地热电偶)，另一种是内壁表面接合面温度或气体温度(非热接地热电偶)。