课程设计--热电偶测温系统设计

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1、任务书课程传感器课程设计题目热电偶测温系统设计主要内容：本系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器和高精度数/模转换器，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、AD转换和对线性化处理的数据转换，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。基本要求：1、按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；2、利用热电偶和单片机等设计一种热电偶测温系统电路。3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。主要参考资料：[1]崔志

2、尚.温度计量与测试[M].北京：中国计量出版社，1998．[2]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社，2007.[3]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社，2006.[4]刘华东.单片机原理与应用[M].北京:电子工业出版社，2006.完成期限指导教师专业负责人2016年5月7日传感器课程设计摘要在现代化的工业现场,常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、

3、温度测量范围宽等优点，适用于信号的远传、自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系,所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该测温系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大,并在单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理,再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4mA~20mA的电流,送入主控中心。关键词：热电偶；线性化；AD转换；DA转换；单片机传感器课程设计目录一、设计要求1二、设计方案及其特点11、方案说明12

4、、方案论证2三、传感器工作原理2四、电路的工作原理3五、单元电路设计、参数计算和器件选择31、单元电路设计42、参数计算53、器件选择6六、总结7参考文献8传感器课程设计热电偶测温系统设计一、设计要求以单片机为核心，进行对系统控制和线性化算法的运算，使A/D转换精度更好；在算法处理上，使用最佳计算方法，使得线性化算法达到运算量小、处理速度快、占用内存小等要求，并使该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题。二、设计方案及其特点本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。对于系统可分为下面两种不

5、同的设计方案：1、方案说明方案一：系统由Ｋ型热电偶和集成温度传感器AD590测量热端和冷端温度，采用USB采集卡实现信号采集并传输给计算机。根据热电偶中间温度定律[1]，编制软件采用查表和曲线拟合进行非线性校正及冷端补偿。利用LabVIEW的数据存储、读取、分析函数，实现温度趋势曲线和统计直方图的绘制[2]。本系统将滤波、非线性和冷端补偿等功能由软件实现，简化了电路设计，提高了系统的稳定性和测量精度，但成本较高。放大放大AD590USB数据采集卡计算机热电偶补偿导线热端冷端图1方案一原理框图方案

6、二：控制电路以单片机为中心，控制其他部分完成各自的功能。其中模/数转换部分采用16位高精度AD转化器AD77056传感器课程设计，采用自校准，提高其抗干扰能力和精度；数/模转换部分采用高精度DA转换器AD421，在电路设计上，采用光隔离，控制AD421完成其功能，AD421为16位高精度数/模转换器，它将来自单片机线性化处理后的数据进行DA转化，产生4mA-20mA电流，送控制中心[3]。这种方案保证成本，采用了良好的线性化算法，编程又采用可节约内存的汇编语言，使得测量速度快，测量结果能满足工业

7、标准的要求。传感器AD7705A/D转换器STC89C52单片机AD421D/A转换器去4mA-20mA测量电路图2方案二原理框图2、方案论证从精确度来看，方案一强于方案二，但方案二电路实现简单，占用内存较小，抗干扰能力强，成本较低。所以一般地说，需要稳定性好可选用方案一测量电路，若考虑便于与单片机接口连接，那么方案二测量电路就由其方便之处。因此本设计中选用方案二。三、传感器工作原理热电偶传感器的工作原理：两种不同成份的导体两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称

8、为热电效应，而这种电动势称为热电势[4]。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做测量端，另一端叫做补偿端；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。如图3所示。补偿端　　测量端　　Ｔ０Ａ电极　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔ１Ｔ０Ｂ电极图3热电偶工作原理图6传感器课程设计热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在热电动势，这就是所谓的塞贝克效应