專利名稱：改進型線膨脹測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種改進型線膨脹測量儀，屬于物理學、熱力學、傳感器等相關課程的實驗儀器技術領域。
背景技術：
絕大多數(shù)物質(zhì)都具有“熱脹冷縮”的特性，這是由于物體內(nèi)部分子熱運動加劇或減弱造成的。線膨脹系數(shù)的測定是一個典型的熱學實驗，是高等學校物理實驗課程中的基本實驗題目。然而在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，學生在測定線膨脹時，由于目前實驗中所使用的方法是傳統(tǒng)的光杠桿放大法或者是千分表法，經(jīng)常測不準確，加熱方法也多直接采用電阻絲加熱，溫度變化難以控制，所以即使在相同的實驗條件下，不同的學生所測的結(jié)果會存在很大的差異，最終導致實驗結(jié)果的誤差。這是由于實驗儀器精度不高，操作復雜，因此不同的學生所測的結(jié)果往往會存在很大的差異，測量結(jié)果往往不很理想。 傳感器是能將被測量的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和醫(yī)學等各領域的電子器件。隨著科技的進步，傳感器的性能日益提高，應用也越來越廣泛。位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種把位移轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。DSP是針對實時數(shù)字信號處理而設計的數(shù)字信號處理器，它具有計算速度快、體積小、功耗低的突出優(yōu)點，與普通單片機相比，DSP具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有實驗儀器所存在的缺點，提出一種結(jié)合了位移傳感器和基于DSP進行準確溫度控制的改進型線膨脹測量儀。能滿足高等院校等教學單位線膨脹實驗的實驗教學要求。本測量儀通過電加熱的方式，并采用高精度數(shù)字溫度傳感器來進行控溫，可以任意設定溫度，同于采用位移傳感器來進行線膨脹的測量，相比于傳統(tǒng)實驗儀器，更有利于提高實驗精度，實驗操作也更方便。本測量儀由改進型線膨脹測量儀主機和外部的線膨脹測量實驗架組成，改進型線膨脹測量儀主機上設置有五位數(shù)顯的距離表和四位數(shù)顯的溫度表、溫度傳感器信號輸入端口、位移傳感器信號輸入端口、四個控制調(diào)節(jié)按鍵、加熱開關和進水口與出水口，主機內(nèi)部具有基于DSP處理器的溫度控制電路。本測量儀采用的LVDT線性可變差動變壓器屬于直線位移傳感器。它由一個初級線圈、兩個次級線圈、鐵芯、線圈骨架和外殼等部件組成。初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個可自由移動的桿狀鐵芯。當鐵芯處于中間位置時，兩個次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為零；當鐵芯在線圈內(nèi)部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產(chǎn)生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。[0009]本測量儀主機內(nèi)設置有基于DSP處理器的高精度溫度控制電路，其中的DSP處理器芯片采用TMS320LF2407A，TMS320LF2407A是TI公司推出的DSP處理器，采用了高性能靜態(tài)CMOS技術，使得供電電壓降為3. 3V，減小了功耗，具有40MIPS的執(zhí)行速度，從而提高了控制器的實時控制能力；集成了 32K字的閃存(可加密)、2. 5K的RAM、具有500ns的A/D轉(zhuǎn)換器，提供了 PWM接口和I/O功能。本測量儀利用DSP內(nèi)部集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對采集溫度數(shù)據(jù)進行處理，并經(jīng)過PID算法處理控制PWM輸出，該輸出進行功率放大后控制加熱模塊，具有溫度調(diào)節(jié)速度快、精度高的特點。本測量儀的線膨脹測量實驗架上安裝有位移傳感器和緊固螺釘，同時線膨脹測量實驗架上具有中空的金屬管，金屬管上固定有檔片和溫度傳感器。同時本測量儀主機上的溫度傳感器信號輸入端口和位移傳感器信號輸入端口采用五芯航空插座。
圖I是改進型線膨脹測量儀主機，圖I中I是五位數(shù)顯距離表，2是溫度傳感器信號輸入端口，3是位移傳感器信號輸入端口，4是四個控制調(diào)節(jié)按鍵，5是四位數(shù)顯溫度表，6是加熱開關，7是進水口，8是出水口。圖2是線膨脹測量實驗架，圖2中的9是線膨脹測量實驗支架，10是金屬管，11是檔片，12是位移傳感器，13是緊固螺釘，14是溫度傳感器。圖3是溫度控制原理圖
具體實施方式
測量儀所使用的LVDT位移傳感器為GGD19通用型回彈式傳感器，其線性測量范圍約為0 10mm，電壓變化范圍為0 10V。本測量儀將溫度傳感器測得的模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后，輸出適合ADC處理的電壓信號，ADC采樣后送給DSP處理器，DSP處理器對采集到的實時溫度與要求控制的參考溫度相比較，并進行PID計算得出控制量去控制PWM，PWM的輸出決定了熱電模塊的加熱功率。為了達了更高的測量精度，本測量儀采用的溫度傳感器模塊為AD590和0P07，AD590具有較高的精度和重復性，其良好的非線性可使測量精度優(yōu)于0. 1°C。高精度運算放大器0P07則將信號進行放大，便于A/D轉(zhuǎn)換，提高溫度控制電路的可靠性。本測量儀通過耐熱軟管連接測量實驗架上的中空金屬管與線膨脹測量儀主機上的進水口與出水口，使加熱水由主機內(nèi)的加熱水池經(jīng)出水口、中空金屬管、進水口，又回到加熱水池,完成加熱水的循環(huán)。在實驗時,通過加熱開關,開啟加熱模式,并通過主機上的四個控制調(diào)節(jié)按鍵，進行溫度的設定和調(diào)節(jié)。實驗證明，利用高靈敏度的LVDT位移傳感器來測量微小位移量，可以消除在使用光杠桿法測量微小位移量時帶來的視覺誤差和長度測量誤差，利用DSP溫度控制電路，可更準確及時的調(diào)節(jié)溫度，從而提高了實驗結(jié)果的精度與穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種改進型線膨脹測量儀，其特征是由改進型線膨脹測量儀主機和外部的線膨脹測量實驗架組成，改進型線膨脹測量儀主機上設置有五位數(shù)顯的距離表(I)和四位數(shù)顯的溫度表(5)、溫度傳感器信號輸入端口(2)、位移傳感器信號輸入端口(3)、四個控制調(diào)節(jié)按鍵(4)、功能開關(6)和進水口(7)與出水口(8)，主機內(nèi)部具有基于DSP處理器的溫度控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進型線膨脹測量儀，其特征是主機內(nèi)部基于DSP處理器的溫度控制電路所采用的DSP處理器芯片為TMS320LF2407A。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進型線膨脹測量儀，其特征是其線膨脹測量實驗架上安裝有位移傳感器(12)和緊固螺釘(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進型線膨脹測量儀，其特征是其線膨脹測量實驗架上具有中空的金屬管(10)，金屬管上固定有檔片(11)和溫度傳感器(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進型線膨脹測量儀，其特征是其溫度傳感器信號輸入端口(2)和位移傳感器信號輸入端口(3)采用五芯航空插座。
專利摘要本實用新型涉及一種改進型線膨脹測量儀，由改進型線膨脹測量儀主機和外部的線膨脹測量實驗架組成，改進型線膨脹測量儀主機上設置有五位數(shù)顯的距離表和四位數(shù)顯的溫度表、溫度傳感器和位移傳感器信號輸入端口、四個控制調(diào)節(jié)按鍵、加熱開關和進水口與出水口，主機內(nèi)部具有基于DSP處理器的溫度控制電路。測量儀采用了高精度的DSP溫度控制電路，同時通過位移傳感器可準確的完成對金屬線膨脹的測定，測量儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學效果好，適合于大專院校的物理學、傳感器、熱力學等課程的教學實驗和演示。
文檔編號G09B23/16GK202512784SQ201220157820
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月15日
發(fā)明者馮興, 盧常芳, 汪建, 詹永欣, 高志華 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學, 汪建