來源：《電子技術應用》

     摘要：介紹用于工業(yè)熱工計量分度表計算及其它運算的一種便攜計算工具。本設計選擇滿足高速、大的程序容量需求的單片機，并對系統(tǒng)結構作了說明。

     關鍵詞：熱工計量

     分度表計算 高速單片機 浮點計算

     在電力、石化、鋼鐵等行業(yè)中大量使用各類標準或非標準的熱電阻與熱電偶。為保證測量精度，這些溫度測量器件需要定期檢定或校準。計量工程師在檢定時，需要進行大量的分度表計算。這類計算，尤其是標準溫度計的分度表計算，方法復雜、費時費力、容易出錯。在些單位因此編制了一些小程序配合計算，但基于微機的程序?qū)τ诖罅康默F(xiàn)場計算顯得很不方便，計量工程師迫切需要一種快速便捷的計算工具。

     本熱工計量便攜計算工具采用兩組單片機作為計算與控制核心。一組芯片用于核心計算及基本控制，另一組芯片專門用于復雜的中文界面顯示，兩者之間通過spi總線通訊。這種設計在系統(tǒng)成本增加不多的情況下，簡化了設計難度，提高了系統(tǒng)的可靠性。本熱工計量便攜計算工具可以完成標準熱電阻、標準熱電偶分度表轉(zhuǎn)換計算；工業(yè)熱電阻、熱電偶分度表轉(zhuǎn)換計算；變送器轉(zhuǎn)換計算；壓強、溫度等14類物理量約170種單位的轉(zhuǎn)換以及其它復雜的數(shù)學函數(shù)及浮點計算等，可以充分滿足計量工程師現(xiàn)場及實驗室的計算需求。

     1 計算需求

     以比較復雜的標準鉑銠10—鉑熱電偶的分度表計算為例，分析對單片機計算功能的需求。計算方法依據(jù)its90國際溫標及國家技術監(jiān)督局頒發(fā)的jjg75-95《標準鉑銠10—鉑熱電偶》計量檢定規(guī)程。與一般常規(guī)計算不同，熱電偶分度表計算具有步驟多、計算嵌套多以及需要大量的浮點乘法甚至指數(shù)計算等特點，計算精度為十進制5位有效數(shù)字，ansi規(guī)定的單精度浮點計算可以滿足精度要求。

     考慮一般的計算情形，如果某標準s熱電偶鋅、銻、銅點熱電勢已知，測量某溫度場的溫度，用冰點器作為冷端補償，此時可以測量得到其熱電勢，需要計算此時的溫場溫度。下面是計算過程中用到的計算公式。

     參考函數(shù)，約有17次乘法及8次加法。

     插值函數(shù)，有3次乘法及2次加法。

     δe（t）/μv=a+bt+ct

     2

     系數(shù)計算，有9次乘法及6次加法。

     在計算中，需要對參考函數(shù)用二分法及線性插值法求其反函數(shù)的解，對一般的電壓點大約需要進行12次參考函數(shù)調(diào)用。考慮到其他運算，計算該溫度點大約需要做250次單精度浮點乘法計算以及140次單精度浮點加法計算。

     如果考慮現(xiàn)場冷端補償溫度不為0℃的情況，上述計算次數(shù)需要加倍，即約500次單精度浮點乘法計算以及280次單精度浮點加法計算。

     2 選擇單片機

     2.1 計算精度及速度要求

     考慮到計算精度（單精度浮點計算）的需求及價格因素，選擇使用8位單片機。

     市面上有很多種類的8位單片機，比較典型的有mcs51系列產(chǎn)品。選擇了intel

     8031處理器作為選擇的判斷基礎，使用6mhz石英晶體，用c51編制上述例子的計算程序。在實際計算中，測得完成一次完整的計算約需4秒。對于某些需要指數(shù)計算的例子，時間可長達10余秒。由于程序的編制水平不同，不同單片機的結構、指令不同等諸多因素影響，無法精確計算各類8位單片機的運算時間，這個測試結果僅作為判斷的依據(jù)。

     作為實際使用的產(chǎn)品，用戶可以接受的計算時間是1秒以內(nèi)，因此必須采用高速8位單片機。

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