[实用新型]改进型线膨胀测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种改进型线膨胀测量仪，属于物理学、热力学、传感器等相关课程的实验仪器技术领域。

背景技术

绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。线膨胀系数的测定是一个典型的热学实验，是高等学校物理实验课程中的基本实验题目。然而在教学实践中发现，学生在测定线膨胀时，由于目前实验中所使用的方法是传统的光杠杆放大法或者是千分表法，经常测不准确，加热方法也多直接采用电阻丝加热，温度变化难以控制，所以即使在相同的实验条件下，不同的学生所测的结果会存在很大的差异，最终导致实验结果的误差。这是由于实验仪器精度不高，操作复杂，因此不同的学生所测的结果往往会存在很大的差异，测量结果往往不很理想。

传感器是能将被测量的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，广泛应用于工业、农业、国防和医学等各领域的电子器件。随着科技的进步，传感器的性能日益提高，应用也越来越广泛。位移传感器又称为线性传感器，是一种把位移转换为电量的传感器。

DSP是针对实时数字信号处理而设计的数字信号处理器，它具有计算速度快、体积小、功耗低的突出优点，与普通单片机相比，DSP具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。

发明内容

本实用新型针对现有实验仪器所存在的缺点，提出一种结合了位移传感器和基于DSP进行准确温度控制的改进型线膨胀测量仪。能满足高等院校等教学单位线膨胀实验的实验教学要求。

本测量仪通过电加热的方式，并采用高精度数字温度传感器来进行控温，可以任意设定温度，同于采用位移传感器来进行线膨胀的测量，相比于传统实验仪器，更有利于提高实验精度，实验操作也更方便。

本测量仪由改进型线膨胀测量仪主机和外部的线膨胀测量实验架组成，改进型线膨胀测量仪主机上设置有五位数显的距离表和四位数显的温度表、温度传感器信号输入端口、位移传感器信号输入端口、四个控制调节按键、加热开关和进水口与出水口，主机内部具有基于DSP处理器的温度控制电路。

本测量仪采用的LVDT线性可变差动变压器属于直线位移传感器。它由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架和外壳等部件组成。初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。

本测量仪主机内设置有基于DSP处理器的高精度温度控制电路，其中的DSP处理器芯片采用TMS320LF2407A，TMS320LF2407A是TI公司推出的DSP处理器，采用了高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了功耗，具有40MIPS的执行速度，从而提高了控制器的实时控制能力；集成了32K字的闪存(可加密)、2.5K的RAM、具有500ns的A/D转换器，提供了PWM接口和I/O功能。

本测量仪利用DSP内部集成的模数转换器对采集温度数据进行处理，并经过PID算法处理控制PWM输出，该输出进行功率放大后控制加热模块，具有温度调节速度快、精度高的特点。

本测量仪的线膨胀测量实验架上安装有位移传感器和紧固螺钉，同时线膨胀测量实验架上具有中空的金属管，金属管上固定有档片和温度传感器。

同时本测量仪主机上的温度传感器信号输入端口和位移传感器信号输入端口采用五芯航空插座。

附图说明

图1是改进型线膨胀测量仪主机，图1中1是五位数显距离表，2是温度传感器信号输入端口，3是位移传感器信号输入端口，4是四个控制调节按键，5是四位数显温度表，6是加热开关，7是进水口，8是出水口。

图2是线膨胀测量实验架，图2中的9是线膨胀测量实验支架，10是金属管，11是档片，12是位移传感器，13是紧固螺钉，14是温度传感器。

图3是温度控制原理图

具体实施方式

测量仪所使用的LVDT位移传感器为GGD19通用型回弹式传感器，其线性测量范围约为0～10mm，电压变化范围为0～10V。

本测量仪将温度传感器测得的模拟信号经过信号调理电路后，输出适合ADC处理的电压信号，ADC采样后送给DSP处理器，DSP处理器对采集到的实时温度与要求控制的参考温度相比较，并进行PID计算得出控制量去控制PWM，PWM的输出决定了热电模块的加热功率。