THE MULTI-CHANNEL STAND FOR TEMPERATURE TESTING

Контроль і діагностика процесів та систем в приладобудуванні УДК 620.179 МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Протасов А. Г. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина В статье рассмотрена схема построения многоканального стенда для контроля температуры. В состав стенда вошли цифровые термометры, которые образуют однопроводную сеть, построенную по технологии 1-Wire. Преимуществами цифровых термометров с точки зрения организации магистрали, по сравнению с другими температурными сенсорами являются высокие метрологические характеристики и хорошая помехоустойчивость, что дает им предпочтение при построении многоточечных систем температурного контроля. Проведенные исследования на экспериментальном стенде позволили продемонстрировать эффективность использования технологии 1-Wire при построении сети цифровых преобразователей, которая может обеспечить относительные измерения, контроль параметров в различных точках закрытого объема, а так же обеспечить многоточечный температурный мониторинг в режиме реального времени. Однопроводные сети 1-Wire, организованные на базе цифровых преобразователей температуры могут найти применение в построении систем автоматизации контроля и управления технологическими процессами, где температура является ключевым параметром. Ключевые слова: цифровые термометры, однопроводные сети. Постановка проблемы Проблема измерения и контроля температуры сегодня не является новой, но остается актуальной. Потребность в измерениях температуры с познавательной целью возникла еще в середине ХVI в. С тех пор до сегодняшнего времени появилось множество средств измерения, позволяющих с той или иной точностью определять значения температуры. Температура играет важную роль в повседневной жизни человека. Согласно статистическим данным около 40% всех измерений приходится на температурные. В некоторых областях промышленности эта доля значительно выше. Так, в энергетике температурные измерения составляют до 70% общего количества измерений [1]. Непрерывная интенсификация технологических процессов, направленная на повышение качества продукции, сокращение энергоемкости производства, удовлетворение растущих требований экологии выдвигают новые требования перед учеными и инженерами. Нужно отметить, что особое значение температура имеет при контроле, автоматизации и управлении технологическими процессами [2]. Точность соблюдения температурного режима часто определяет не только качество, но и принципиальные возможности применения продукции в определенных целях, например при выращивании полупроводниковых монокристаллов и т.п. Очень часто на практике требуется получать не абсолютные, а относительные измерения, контролировать параметры в различных точках закрытого объема (печах, термо-камерах и т.п.), определять среднее значение температуры в закрытом объеме. Осуществлять непосредственный мониторинг температуры в режиме реального времени, обеспечивать приоритетную сигнализацию о факте Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2015. – Вип. 49(1) 61 Контроль і діагностика процесів та систем в приладобудуванні выхода контролируемого параметра за пределы заданных значений. Сегодня, так же, нужна не только абсолютная точность измерения, но и малая дискретность представления температуры. Анализ последних исследований и публикаций Рядом зарубежных фирм (например, DALLAS Semiconductor Corporation (Maxim Integrated Products) [3]) были разработаны цифровые датчики температуры, которые минимизируют дискретность представления результата измерения [4]. Принцип действия таких датчиков основан на подсчете количества импульсов, вырабатываемых генератором с низким температурным коэффициентом во временном интервале, который формируется генератором с большим температурным коэффициентом. Счетчик инициализируется значением, соответствующим минимальной измеряемой температуре. Если счетчик достигает нуля перед тем, как заканчивается временной интервал (это означает, что температура больше минимальной измеряемой), то регистр температуры, который также инициализирован значением этим значением, инкрементируется. Одновременно счетчик предустанавливается новым значением, которое задается схемой формирования наклона характеристики. Эта схема нужна для компенсации параболической зависимости частот генераторов от температуры. Счетчик снова начинает работать, и если он опять достигает нуля, когда интервал еще не закончен, процесс повторяется снова. Схема формирования наклона загружает счетчик значениями, которые соответствуют количеству импульсов генератора на один градус Цельсия для каждого конкретного значения температуры. По окончанию процесса преобразования регистр температуры будет содержать значение температуры. К важным разработкам компании DALLAS в области электроники можно отнести однопроводной интерфейс, который нашел применение в трех основных сферах- приложениях [5]: - для решения проблем идентификации, переноса или преобразования информации (технология iButton), - программирование встроенной памяти интегральных компонентов, - системы автоматизации (технология сетей 1-Wire). Если первое применение широко известно на мировом рынке, и уже давно пользуется заслуженной популярностью, а второе с успехом обеспечивает возможность легкой перестройки функций полупроводниковых компонентов с малым количеством внешних выводов, производимых фирмой Dallas Semiconductor Corp., то системы автоматизации на базе 1-Wire-шины еще не получили должного признания. Ранее такая ситуация определялась, крайне ограниченным набором компонентов для организации применений в области автоматизации. Однако в последнее время появляется все больше сообщений и конкретных примеров использования 1-Wire-интерфейса в самых различных областях, все больше разработчиков проявляют интерес к этой технологии, что связанно, 62 Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. – 2015. – Вип. 49(1) Контроль і діагностика процесів та систем в приладобудуванні прежде всего, со значительным расширением номенклатуры однопроводных компонентов. Интерфейс 1-Wire содержит двунаправленную шину связи для устройств с низкоскоростной передачей данных (обычно 15,4 Кбит/с, максимум 125 Кбит/с в режиме overdrive) в которых данные передаются по цепи питания. При этом используются всего два провода — один для заземления, а второй для питания и данных. В некоторых случаях может использоваться и отдельный провод питания. Особенно привлекательным качеством технологии 1-Wire является исключительная простота настройки, отладки и обслуживания сети практически любой конфигурации, построенной по этому стандарту. Технология iButton (также известна под названиями "touch memory") представляет собой стандарт механической упаковки, в котором компонент 1-Wire размещается внутри небольшой "таблетки" из нержавеющей стали, и подключается к системам шины 1-Wire посредством разъемов с контактами, которые касаются "крышки" и "дна" таблетки. Таким образом, элементы iButton легко могут быть соединены между собой или уд (...truncated)