本發(fā)明涉及測控，特別是一種壓力和溫度檢測及數(shù)據(jù)處理的方法。

背景技術(shù)：

1、溫度和壓力在液壓機(jī)電、制冷傳熱等領(lǐng)域被廣泛地監(jiān)測，溫度和壓力檢測設(shè)備應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)裝置、設(shè)備調(diào)試、工業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)中。一個(gè)好的壓力和溫度監(jiān)測方法在實(shí)際應(yīng)用中十分重要，為了設(shè)計(jì)一個(gè)好的壓力和溫度監(jiān)測裝置及方法，實(shí)現(xiàn)壓力和溫度的精準(zhǔn)檢測、數(shù)據(jù)處理分析是一項(xiàng)艱難而且很重要的研究設(shè)計(jì)，為了更好地實(shí)現(xiàn)壓力和溫度檢測及數(shù)據(jù)處理分析，人們一直致力于壓力和溫度檢測的研究與設(shè)計(jì)。

2、目前已有的壓力和溫度檢測方法主要有以下兩種方式：一種方式是，通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集儀器對(duì)壓力和溫度傳感器所測壓力和溫度的信號(hào)進(jìn)行采集、導(dǎo)出，然后根據(jù)廠家傳感器參數(shù)對(duì)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，再對(duì)轉(zhuǎn)換后的壓力和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、分析。另外一種方式是，根據(jù)傳感器分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的采集電路和軟件進(jìn)行壓力或溫度的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)?。目前現(xiàn)有方法具有以下不足，較高精度的數(shù)據(jù)采集儀器往往價(jià)格昂過，且相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和分析相對(duì)繁瑣，實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況需進(jìn)行二次處理和分析；獨(dú)立設(shè)計(jì)的壓力或溫度監(jiān)測裝置相對(duì)獨(dú)立，適用于相對(duì)特定的工況，壓力和溫度分開檢測需再次進(jìn)行同步時(shí)間的整合，以考慮實(shí)驗(yàn)工況同步分析，傳感器檢測分路數(shù)量較少，不利于根據(jù)傳熱特性進(jìn)行所測物質(zhì)物體的傳熱特性分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可以同時(shí)采集壓力和溫度而且檢測精度高，穩(wěn)定性好的方案。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種壓力和溫度檢測及數(shù)據(jù)處理分析的方法，包括：通過壓力采集模塊采集待測物的壓力信號(hào)；通過溫度采集模塊采集待測物的溫度信號(hào)；所述溫度采集模塊包括多個(gè)熱電偶，所述多個(gè)熱電偶均勻分布在待測物的多個(gè)位置；將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)通過串口模塊上傳到上位機(jī)；上位機(jī)將采集到的壓力信號(hào)選取連續(xù)的多個(gè)循環(huán)采樣點(diǎn)所構(gòu)成的壓力均值作為計(jì)算溫度值；

3、上位機(jī)根據(jù)所述溫度信號(hào)的公式(1)所示的加權(quán)最小二乘法擬合出待測物的溫度分布斜率；

4、t(dw)＝b+edw????????????(1)

5、式中，b為待測物截距；e為待測物溫度分布斜率，dw為熱電偶距離熱沉壁面的距離，t(dw)為dw位置處的溫度；

6、利用所述溫度分布斜率和公式(2)計(jì)算出待測物的熱沉壁面溫度；

7、tw＝t1+eδdw???????????(2)

8、式中，tw為熱沉壁面溫度；t1為待測物最上部熱電偶的溫度；δd為待測物最上部熱電偶與待測物熱沉壁面的間距，e為待測物的溫度分布斜率；

9、上位機(jī)將計(jì)算的熱沉壁面溫度和計(jì)算溫度值顯示在顯示屏上。

10、可選的，所述壓力采集模塊包括adam4561串口通信模塊和adam4018采集模塊，所述adam4018用于采集3個(gè)不同位置壓力傳感器的輸出信號(hào)，傳感器輸出為4～20ma的模擬電流信號(hào)；adam4018與上位機(jī)串口通過adam4561模塊連接，adam4561將3個(gè)通道的壓力采集數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到labview上位機(jī)軟件進(jìn)行后續(xù)處理。

11、可選的，所述溫度采集模塊包括stm32f103主控及和max6675數(shù)據(jù)采集部分，其中，stm32f103用于控制max6675采集芯片并通過串口傳輸數(shù)據(jù)至上位機(jī)，max6675用于采集熱電偶輸出的熱電勢并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，max6675和熱電偶可根據(jù)情況擴(kuò)展組成多路溫度采集。

12、可選的，所述max6675采集芯片共用spi2的pb14和pb13引腳作為so和sck信號(hào)，每個(gè)max6675芯片選用單獨(dú)的片選信號(hào)用于控制采集。

13、可選的，所述溫度采集模塊的串口和壓力采集模塊的串口通過兩個(gè)visa串口句柄獨(dú)立設(shè)置串口號(hào)以及兩個(gè)下拉列表控件選擇波特率，同時(shí)提供了兩個(gè)采集串口下每個(gè)設(shè)備的控制按鈕，以便于對(duì)每個(gè)通道的調(diào)試和程序的升級(jí)。

14、可選的，所述上位機(jī)的測控程序采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式，包括生產(chǎn)循環(huán)和消費(fèi)循環(huán)；其中，生產(chǎn)循環(huán)為數(shù)據(jù)的生產(chǎn)方，涉及溫度和壓強(qiáng)兩個(gè)物理量的采集；消費(fèi)循環(huán)作為數(shù)據(jù)的消費(fèi)方，將溫度壓強(qiáng)數(shù)據(jù)整合后統(tǒng)一進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

15、可選的，當(dāng)測控程序進(jìn)入兩個(gè)并行的主循環(huán)中，設(shè)備指示燈閃爍，設(shè)備采集到溫度和壓力數(shù)據(jù)并做初步處理后顯示在屏幕上，同時(shí)將數(shù)據(jù)入隊(duì)，單次循環(huán)時(shí)間設(shè)定在1s左右；當(dāng)隊(duì)列中有數(shù)據(jù)時(shí)消費(fèi)循環(huán)提取隊(duì)列數(shù)據(jù)用于顯示和寫入文件；串口接受到停止指令或串口數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，程序自動(dòng)退出并打印錯(cuò)誤。

16、可選的，所述溫度采集模塊單次采集到的溫度大于1000℃或小于10℃則視為采集出錯(cuò)，重新采集。

17、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：該方法通過對(duì)壓力和溫度進(jìn)行多路高精度地檢測，同時(shí)對(duì)采集到壓力和溫度的數(shù)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定處理，提高了系統(tǒng)可靠性，另外根據(jù)采集到的溫度值和所測傳熱物質(zhì)特性進(jìn)行熱流密度和壁面溫度轉(zhuǎn)換計(jì)量，提高了檢測的精度，便于根據(jù)傳熱特性進(jìn)行所測物質(zhì)物體的傳熱特性分析。

技術(shù)特征：

1.一種壓力和溫度檢測及數(shù)據(jù)處理分析的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力采集模塊包括adam4561串口通信模塊和adam4018采集模塊，所述adam4018用于采集3個(gè)不同位置壓力傳感器的輸出信號(hào)，傳感器輸出為4～20ma的模擬電流信號(hào)；adam4018與上位機(jī)串口通過adam4561模塊連接，adam4561將3個(gè)通道的壓力采集數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到labview上位機(jī)軟件進(jìn)行后續(xù)處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度采集模塊包括stm32f103主控及和max6675數(shù)據(jù)采集部分，其中，stm32f103用于控制max6675采集芯片并通過串口傳輸數(shù)據(jù)至上位機(jī)，max6675用于采集熱電偶輸出的熱電勢并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，max6675和熱電偶可根據(jù)情況擴(kuò)展組成多路溫度采集。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述max6675采集芯片共用spi2的pb14和pb13引腳作為so和sck信號(hào)，每個(gè)max6675芯片選用單獨(dú)的片選信號(hào)用于控制采集。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度采集模塊的串口和壓力采集模塊的串口通過兩個(gè)visa串口句柄獨(dú)立設(shè)置串口號(hào)以及兩個(gè)下拉列表控件選擇波特率，同時(shí)提供了兩個(gè)采集串口下每個(gè)設(shè)備的控制按鈕，以便于對(duì)每個(gè)通道的調(diào)試和程序的升級(jí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述上位機(jī)的測控程序采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式，包括生產(chǎn)循環(huán)和消費(fèi)循環(huán)；其中，生產(chǎn)循環(huán)為數(shù)據(jù)的生產(chǎn)方，涉及溫度和壓強(qiáng)兩個(gè)物理量的采集；消費(fèi)循環(huán)作為數(shù)據(jù)的消費(fèi)方，將溫度壓強(qiáng)數(shù)據(jù)整合后統(tǒng)一進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)測控程序進(jìn)入兩個(gè)并行的主循環(huán)中，設(shè)備指示燈閃爍，設(shè)備采集到溫度和壓力數(shù)據(jù)并做初步處理后顯示在屏幕上，同時(shí)將數(shù)據(jù)入隊(duì)，單次循環(huán)時(shí)間設(shè)定在1s左右；當(dāng)隊(duì)列中有數(shù)據(jù)時(shí)消費(fèi)循環(huán)提取隊(duì)列數(shù)據(jù)用于顯示和寫入文件；串口接受到停止指令或串口數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，程序自動(dòng)退出并打印錯(cuò)誤。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度采集模塊單次采集到的溫度大于1000℃或小于10℃則視為采集出錯(cuò)，重新采集。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種壓力和溫度檢測及數(shù)據(jù)處理分析的方法，包括：通過壓力采集模塊采集待測物的壓力信號(hào)；通過溫度采集模塊采集待測物的溫度信號(hào)；所述溫度采集模塊包括多個(gè)熱電偶，所述多個(gè)熱電偶均勻分布在待測物的多個(gè)位置；將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)通過串口模塊上傳到上位機(jī)；上位機(jī)將采集到的壓力信號(hào)選取連續(xù)的多個(gè)循環(huán)采樣點(diǎn)所構(gòu)成的壓力均值作為計(jì)算溫度值；該方法通過對(duì)壓力和溫度進(jìn)行多路高精度地檢測，同時(shí)對(duì)采集到壓力和溫度的數(shù)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定處理，提高了系統(tǒng)可靠性，另外根據(jù)采集到的溫度值和所測傳熱物質(zhì)特性進(jìn)行熱流密度和壁面溫度轉(zhuǎn)換計(jì)量，提高了檢測的精度，便于根據(jù)傳熱特性進(jìn)行所測物質(zhì)物體的傳熱特性分析。

技術(shù)研發(fā)人員：董月,朱發(fā)興,蔣彥龍,沈磊,史瀟然,黃博陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15