水分测定电子天平烘干箱温度智能控制方法研究

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物质的水分含量是决定其物理、化学和生物特性的重要指标,水分含量的准确测定具有重要的社会意义与经济价值。作为物质水分含量的常用检测装置,水分测定电子天平被广泛应用于生产、加工、运输、储藏和消费等领域。本文所用的仪器在温度方面存在两个问题,一是红外烘干箱的温度传感器安装位置与秤盘表面相隔一定的距离,导致两者的温度相差较大(简称为温差问题),两者间的温度误差补偿关系需要确定,从而修正红外烘干箱的目标温度;二是红外烘干箱温度控制的精度和稳定性有待进一步提高。  本文首先概述水分检测的研究背景和意义,简要介绍水分测定的方法和水分测定仪的研究现状和分类,并指出本论文的主要研究内容;介绍本文所用水分测定电子天平的构成,论述其工作原理,给出仪器的主要功能及技术指标。  本文重点阐述水分测定电子天平的信息处理方法以及核心的温度控制方法,通过粗大误差剔除和滑窗均值滤波的数据预处理方法提高仪器温度采集装置的测量精度及稳定度;研究时间最优控制、模糊控制和PID控制方法的特点,通过RS-232串口通信和串口助手将烘干箱实测温度上传至PC机,并通过MATLAB软件绘制温度响应曲线;通过分析实验数据,修正模糊控制规则表,基于凑试法对PID各参数进行整定,并分析不同烘干箱温度控制器的优劣。  结合本文研究方法与项目需求,本文设计出一种基于规则的烘干箱复合智能温度控制方法,并实际应用到水分测定电子天平中,进一步提高红外烘干箱温度控制的精度。在实验室条件下的实验测试结果表明,采用该方法后,烘干箱温度的动态响应快、温度超调低且静态误差小,温度控制性能符合《JJG658-2010烘干法水分测定仪检定规程》,满足温度控制精度±1℃的设计需求。  最后,分析水分测定电子天平的温控相关硬件电路,包括温度采集电路、信息处理电路、温度控制电路和过热报警电路;烘干箱温度控制软件设计,采用模块化设计原则,分别阐述温度采集模块、温度控制模块和温差补偿模块的软件设计思路及实现。利用Pt100铂电阻和热电偶,采集烘干箱和秤盘表面的温度数据,分析温差问题的成因并制定出相应的解决方案,温差补偿采用曲线拟合的方法对两者的温度数据进行拟合分析,找到合适的函数关系。对于温差问题,改进秤盘外观并用曲线拟合的方法确定温差补偿关系,采用此方案后明显改善温差较大的状况,很好地解决温差问题。
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