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观读后感

浅谈几种辅助教学的自动化仪表仪器

发布: 2020-06-12 13:28:58   阅读: 次 【   

摘要:随着现代化信息技术发展,自动化仪器的普及,在理工类院校中,辅助教学的自动化仪表仪器显得越来越重要。本文通过对智能仪表辅助教学设备以及气液两相流持液率测量辅助教学设备进行整体设计思想、性能特点进行论述,望能对高校辅助教学建设提供参考意见。

关键词:辅助教学;仪表仪器;智能仪表;测量设备

现代信息技术的发展为高校教学设备的改善提供了良好的条件,由于实验存在着较强的实践性、而且直观,带有科技创新,综合特性强。因此,各个高校都把实验教学设备看作是检验教学质量的重要标准。各个高校都在调动积极因素,积极改善教学条件,开发实验的新项目,通过增加实验教学仪器,完善实验室设备,推动实验教学改革,提高实验室的现代化技术水平,达到培养符合21世纪要求创新精神的人才需要,为学校的科研顺利开展提高了必备的条件。

一 智能仪表辅助教学设备

(一)设备基本设计思路介绍

智能仪表辅助教学设备硬件电路的设计主要由模拟电路模块以及数字电路模块两个部分组成,模拟电路是温度等模拟信号可以通过转换,变成电压模拟信号。而仪表中的数字电路主要由几种单片机、A\D转换器、仪表通信电路以及对外输出电路等内容组成。MCU主要完成数据采集、显示控制、标度变换、数字滤波等功能,与调整管一起组成电源模块为系统提供电源,HART信号叠加到4~20mA的环路上,实现MCU与上位机之间的串行通信。该仪器在设计上,首先是根据原理图设计该教学设备的硬件,组装成品后再进行安装调试,调试不存在问题时再进行下一步的验证和修改,修改完毕后进行仪表的面板设计。版面设计大致的原则有:美观、简洁明了。面板设计完成后,进入到仪表系统神经中枢的部位,对系统进行软件设计。在软件设计过程中,通过是采用模块化程序设计,接着将硬件与软件连接起来进行总调,确保硬件和软件能正常运行;最后是对再对仪表进行组装。按智能仪表辅助教学设备的原理图要求,每个模拟转换电路模块上有信号的测量接口,可以通过示波器、万用表进行读取数据。仪器的温度模块,其最基本的原理就是在RTD阻值随温度变化的情况下,再通过对恒流源进行加载,从而使得两端电压的变化而生产模拟信号。而差压模块即是根据差动电容的相对变化量转换为差动电流,用3个测量接口来检测。另外,使用高频振荡器、解调器等将差动电容的相对变化值转化为差动电流,确保产生差动电流和共模电流的解调器的信号。

(二)主要器件性能介绍

智能仪表辅助教学设备系统为了能两线制仪表对实验精度的要求,在性能上,要求设计电路功耗空载的回路电流一般要在4mA以内。在选用电路元件的问题上,要把握好原则,选用一些高集成度、低功耗的器件,各器件性能如下:

1、微处理器,采用了PIC系列单片机中的PIC16F877作为系统的微处理器,这种器件的最大特点是具有周期短、易开发、开发方便、功耗低、功能模块丰富、代码压缩率高等等特点,不仅可以实现模拟仿真和在线调试等功能,还可以通过该软件实现程序编写,这吏得一些用户在开发过程中享受极大的方便。

2、存储器,对工作电压范围作出了宽度的要求,如24LC65供电时,要求的供电电压为2.5~5.5V;存储器还具有功耗低的特点,如在5V电压供电的情况下,写电流为150μA,这个数量通常出现的时间极短,而且是在数据完成通信之后的,在设计时,把通信时的4~20mA电流信号看作非有效数据,那么就可以解决仪器对功耗要求的问题。设备是采用标准工业两线制串行接口,在正常通讯的情况下,支持I2C通信协议。

3、数模转换器,具有数模转换器的方式分别有3.5~24mA报警输出方式以及4~20mA输出方式,这两种方式能与HART兼容,可以在可调电压的范围内输出高精度的数据,提高精度范围到0.01mv,对于仪器自身的系统和其他器件而言,这种通信精度,可以保证实验数据的精确性。

4、液晶显示器,可显示四行,每行8个汉字,具有并行8位/4位,串行3线/2线三种模式,功耗低,可实现多种形式的显示,如汉字、图形、曲线、ASCII码、在内部还设置有LCD背光源。另外,还可以任意调整LCD的亮度,使得仪器设备可以适应各种环境显示,提高教学的质量,体现了仪器模块的灵活性。

二 气液两相流持液率测量辅助教学设备

(一)设备整体情况

该设备根据测量气液两相流持液率方法,采用电导法来测量气液两相流的持液率,先分析信号提取的原理,设计了信号转换所需的硬件实现电路,利用仿真软件对电路进行仿真调试,从而进一步优化电路,最后通过实验进行论证。最能体现气液两相流持液率测量辅助教学设备的设计思想是在设计时采用模块化的设计思想,模块化设计的主要设计思想是通过对电导探针测量的信号逐步分解、转化成电压信号,这种电压信号还带有持液率的特点,让学生通过对仪器设计的了解,从而掌握好信号转化的具有过程,最终达到辅助教学的目的。

(二)仪器性能介绍

流持液率测量辅助教学的电导探针带有一种激励信息,这种激励信号主要由外部的信号发生器传输进来的,目前在学校办比较认可的信号名称为载波信号。载波信号要转变成直流电压信号,可以反映液膜高度,就必须经过I/V 转换、有源全波整流、量程调整、二阶低通有源滤波四个过程。而I/V 转换在传感器测的信号微弱的情况下,仅用电阻来构成电压-电流转换是不可能实现的。因此,需要一块运放和一个高阻值反馈电阻构成,这样可以实现经过电流到电压,对信号进行这么大。二极管一般都作为整流元件,由于其具有小信号、非线性的特点,可以扩大线性范围,克服非线性。为了得到对称的整流输出波形。为了减小放大器偏置电流的影响,二极管的失配仅影响电路的平衡,在整个电路中,可能造成既有较高的输入阻抗,又具有较高的抗干扰能力的情况出现。选择二极管进行整流时,需要对正向压降大的问题进行补偿,硅管的温度稳定性比滤波器的截止频率不宜选择太高,因截止频率愈低,愈能有效地抑制噪声干扰。

三 结语

教学设备作为体现高校教学质量的一项重要指标,引起了许多高校足够的重视。应用这两套辅助教学设备已初步实现了辅助教学的功能,基本达到了预期的目的和助教学的目的。但在实际工作中,将整个系统按功的内部结构和工作过程直观的呈现出来,需要在以后的工作中,特别是针对差压变送器和涡街流量变功能,通过研究,可能尝试设计实现。

参考文献:

[1] 第15届多国仪器仪表展在北京胜利召开[J].传感器世界,2004,(10)

[2] 郑国伟.仪器仪表行业如何面对汇率改革[J].中国仪器仪表,2005,(09)

[3] 中国仪器仪表学会2005年学术年会会议纪要[J].仪器仪表学报,2005,(10)

 

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