【正文】 x1 或者 x2，它們能夠分別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào) I。 光敏三級(jí)管是由高亮二極管進(jìn)行發(fā)光的 , 高亮二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。 由曲線可以看出，當(dāng)入射光波長增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降，這是因?yàn)楣庾幽芰刻?，不足以激發(fā)電子 —空穴對(duì)。 從曲線還可以看出，不同材料的光敏晶體管，光譜峰值波長不同。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管 性能較差。但對(duì)紅外光進(jìn)行探測(cè)時(shí)，采用鍺管較為合適。在這里改變光照就相當(dāng)于改變一般三極管的基極電流，從而得到這樣一簇曲線。一般說來，光敏二極管光電特性的線性較好，而光敏三極管在照度小時(shí)，光電流隨照度增加較小，并且在光照足夠大時(shí)，輸出電流有飽和現(xiàn)象。 4)溫度特性 溫度的變化對(duì)光敏晶體管的亮電流影響較小，但是對(duì)暗電流的影響卻十分顯著，如圖 所示。但在低照度下工作時(shí)，因?yàn)榱岭娏鬏^小，暗電流隨溫度變化就會(huì)嚴(yán)重影響輸出信號(hào)的溫度穩(wěn)定性。同時(shí)還可以在電路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施，或者將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，對(duì)輸出的電信號(hào)采用交流放大，利用電路中隔直電容的作用，就可以隔斷 暗電流，消除溫度的影響。如圖 212 所示。一般來說，光敏三極管的頻響比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻響比硅管小一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機(jī)殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。 4123Ic(mA)20406080100Kr(%)1 21 . 00 . 5 1 . 5 2 . 0i (μ m ) 8 12E e =2 5 00 lx2500lx1500lx1000lx500 lx2500lx1 硅光敏晶體管 2 鍺光敏晶體管 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 24 圖 212 光敏三極管的伏安特性 Fit 212 Photistor IV 溫度傳感器的設(shè)計(jì) 我選用的是光電式傳感器來對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量 因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉，經(jīng)久耐用，使用范圍廣等特點(diǎn)。光電式傳感器利用爐溫的光輻射，通過導(dǎo)光管進(jìn)入，經(jīng)聚焦照射在敏感元件上，光敏元件在光的照射下，便產(chǎn)生光電流，其強(qiáng)弱隨著爐溫的增高或下降而變化，在通過 LED 的顯示判斷是否實(shí)行報(bào)警。 正常的爐膛內(nèi)的溫度能夠確保鍋爐安全的使用 ,鍋爐的設(shè)計(jì)工作溫度一般低于90176。 我采用的器件是光電耦合器件 ,它是利用發(fā)光元件與光敏元件封裝為一體而構(gòu)成電 光 電轉(zhuǎn)換的器件 ,加到發(fā)光器件 上的電信號(hào)為耦合器的輸入信號(hào) ,接收器件的輸出信號(hào)為耦合器的輸出信號(hào)。 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 25 光電耦合器采用密封管殼 ,不受外界光的干擾 ,具有其穩(wěn)定性 ,同時(shí)器件利用光作為信號(hào)傳輸介質(zhì) ,輸入端和輸出端之間在電氣上是完全絕緣的。所謂壓電效應(yīng)是某些晶體，在一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)地在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力作用除去時(shí)，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，如石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體等。 壓電式傳感器具有體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。 壓電效應(yīng)和陶瓷壓電式傳感器選取 壓電式傳感器的基本原理是物質(zhì)的壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變。 選取合適的壓電材料是 壓電式傳感器的關(guān)鍵，一般應(yīng)考慮以下主要特性進(jìn)行選擇： 1)具有較大的壓電常數(shù)。 3)具有高的電阻率和較大的介電常數(shù)，以減少電荷的泄漏以及外部分布電容的影響。轉(zhuǎn)變電高可以得到較寬的工作溫度范圍。 我采用的是 壓電陶瓷是一種多晶鐵電體，它是具有電疇結(jié)構(gòu)的壓電材料。在無外電場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體中無規(guī)則排列，它 們的極化效應(yīng)互相抵消。 當(dāng)在一定的溫度條件下，對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行極化處理，即以強(qiáng)電場(chǎng)使電疇規(guī)則排列，這時(shí)壓電陶瓷就具有了壓電性，在極化電場(chǎng)去除后，電疇基本上保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。當(dāng)壓電陶瓷在沿極化方向受力時(shí)，則在垂直于 Z 軸的表面上將會(huì)出現(xiàn)電荷，見圖 214，其電荷量 q 與作用力 F成正比，即 q=dzzF (27) 式中， dzz 為縱向 壓電系數(shù)。 壓電陶瓷在受到如圖 214 所示的作用力 F時(shí)，在垂直于 Z 軸的上下平面上分別出正、負(fù)電荷，即 圖 214 壓電陶瓷的壓電原理 + + + + + + + + + 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 28 壓電式傳感器的測(cè) 量 電路 1)等效電路 壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。 因此可以把壓電式傳感器等效成一個(gè)與電容相并聯(lián)的電荷源，如圖 215 所示 。圖 216 畫出了壓電傳感器完整的等效電路 Q C au a = Q /C a u 0C au a = Q /C aQ C a C c C iR a R i QC aC c C iR a R i東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 29 圖 216 壓電傳感器的等效電路 2)基本測(cè)量電路 壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，而輸出的信號(hào)微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感 器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。 電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。圖 217 是電荷放大器連接的等效電路。所以有 (211) 故放大器的輸出電壓為 (212) Q C a C c C iR a R iC fR fN0000( ) ( ) ( 1 )f i f f fUUQ U U C U C A CAA? ? ? ? ? ? ? ?0 0 0( ) [ ( 1 ) ] ( 1 )i c a f fU U UC C C Q A C Q A CA A A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0 (1 )i c a fAQU C C C A C?? ? ? ? ?東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 30 當(dāng) A1，而 (1+A)Cf時(shí)，放大器輸出電壓可以表示為 (213) 由式中可以看出，由于引入了電容負(fù)反饋，電荷放大器的輸出電壓僅與傳感器產(chǎn)生的電荷量及放大器的反饋電容有關(guān)，電纜電容等其他因素對(duì)靈敏度的影響可以忽略不計(jì)。在實(shí)際電路中，是采用切換運(yùn)算放大器負(fù)反饋電容 Cf 的辦法來調(diào)節(jié)靈敏度的。 為了放大器的工作穩(wěn)定，減小零漂，在反饋電容 Cf 兩端并聯(lián)了一反饋電阻，形成直流負(fù)反饋，用以穩(wěn)定放大器的直流工作點(diǎn)。 4 系統(tǒng)軟 件的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊 控制量的求取是采用查表法，因此軟件程序較簡單，整個(gè)軟件部分分為以下幾個(gè)部分。 MOV 3BH ,95 MAIN1: MOV 3bh,95 ACALL SHUICPM 。報(bào)警子程序 ACALL DELAY2 AJMP MAIN1。 CLR 。 SETB RET ok2: CLR RET 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 33 水位檢測(cè)主程序 這是程序運(yùn)行的主要程序段，主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng) ADC0809 轉(zhuǎn)換器，并從 A/D轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)， SHUICPM:MOV A,P1 ANL A,0FH MOV 30H,0FH 。setb 水位狀態(tài)標(biāo)志位 AJMP OUT2 AAA1: MOV 30H,0EH 。00001100 CJNE A,30H,AAA3 CLR CLR AJMP OUT2 AAA3: MOV 30H,08H 。00000000 CJNE A,30H,AAA5 setb SETB 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 34 AJMP OUT2 AAA5: SETB RET OUT2: CLR RET BAOJING: JB ,OUT6 MOV A,20H MOV 30H,00H CJNE A,30H,OUT5 AJMP OUT6 OUT5: SETB JB ,OUT9 SETB OUT10: JB ,OUT11 SETB OUT12: JB ,OUT13 SETB OUT14: JB ,OUT15 SETB OUT16: RET OUT6: CLR RET OUT9: CLR AJMP OUT10 OUT11: CLR AJMP OUT12 OUT13: CLR AJMP OUT14 OUT15: CLR AJMP OUT16 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 35 水位檢測(cè)子 程 序 SHUICPM:MOV A,P1 ANL A,0FH MOV 30H,0FH 。setb 水位狀態(tài)標(biāo)志位 AJMP OUT2 AAA1: MOV 30H,0EH 。00001100 CJNE A,30H,AAA3 CLR CLR AJMP OUT2 AAA3: MOV 30H,08H 。00000000 CJNE A,30H,AAA5 setb SETB AJMP OUT2 AAA5: SETB RET 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 36 OUT2: CLR RET BAOJING: JB ,OUT6 MOV A,20H MOV 30H,00H CJNE A,30H,OUT5 AJMP OUT6 OUT5: SETB JB ,OUT9 SETB OUT10: JB ,OUT11 SETB OUT12: JB ,OUT13 SETB OUT14: JB ,OUT15 SETB OUT16: RET OUT6: CLR RET OUT9: CLR AJMP OUT10 OUT11: CLR AJMP OUT12 OUT13: CLR AJMP OUT14 OUT15: CLR AJMP OUT16 東北電力大學(xué) 本科畢業(yè) 論 文 37 5 結(jié) 論 本系統(tǒng)主要介紹了鍋爐的液位檢測(cè)控制，還介紹了對(duì)溫度和壓力的檢測(cè)控制，介紹了 8051 單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計(jì)還采用了多種傳感器來對(duì)液位、溫度和壓力的信號(hào)采集，利用 LED 來進(jìn)行信號(hào)的輸出顯示 ,我設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化 ,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能 ,并設(shè)有液位報(bào)警、高壓、低壓和閥門失靈等故障報(bào)警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。液位控制在設(shè)定值上正常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，操作人員勞