热电偶测温仪.doc

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1、热电偶测温仪设计一、热电偶测温技术1.1热电偶特点热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。1.2热电偶工作原理热电偶是利用物理学中的赛贝克效应制成的温敏传感器。当两种不同的导体A和B组成闭合回路时，就构成了一个热电偶。如图1.1。图1.1温度T端为感温部分，成为热端；温度T0为连接仪表部分，称为冷端。当热端温度T和冷端温度T0不同时，在回路中就产生热电势EAB（T,T0）,这种

2、显现称为热电效应，这个电动势通常称为热电势。热电式的大小与T和T0之差（称为温差）的大小有关。由热电偶回路热电势的分布理论可知，热电偶的热电势仅仅是热电偶两端温度T和T0的函数之差，即：EAB(T,T0)=EAB（T）-EAB（T0）式（1.1）也就是说，热电偶的热电势等于热端与冷端温度T和T0所引起的电势差。1.3二次查表和冷端温度补偿实际测温中，冷端所对应的热电势要随冷端温度（环境温度）的变化而变化。要保证冷端温度恒定是十分困难的，在一定程度上，测量精度取决于冷端温度的影响。只有当热电偶冷端温度保持不变，热电动势才是被测温度的但只函数。标准中规定结点

3、的热电动势为0℃时的热电动势。由式（1.1）可知，如果当T=0时可得：EAB（T0）=EAB（0）-EAB(0,T0)式（1.2）又当T0=0时可得：EAB（T）=EAB（T,0）-EAB(0)式（1.3）把式（1.2）和式（1.3）带入式（1.1）式得：EAB（T，0）=EAB（T,T0）+EAB(T0,0)式（1.4）在式（1.4）中，EAB（T，0）是冷端温度为0℃，热端温度为T时的热电势，此值就是成品热电偶给定的分度表值；EAB（T,T0）是热端温度为T，冷端温度为T0时的热电势，也就是实际测量到的热电势值；EAB(T0,0)是假定冷端温度为0℃

4、，和实际冷端温度为T0时得到的热电势，在实测中，用集成测温传感器AD590测量T0，然后从对应热电偶的分度表中自动查出所对应的热电势EAB(T0,0)，这是第一次查表求出的值，也就是冷端温度补偿所对应的热电势值。通过单片机把实测到的EAB（T,T0）值与冷端温度补偿EAB(T0,0)值代数相加，就可得到冷端温度为0℃，热端温度为T时的热电势EAB(T0,0)值，再从分度表中自动查得对应于EAB(T0,0)的温度值，这既是第二次查表求出的值，这个值就是热锻偶热端所得的实际温度。在实际生产中，热电偶热端（测量端）与冷端相距很远，冷端又暴露于空气当中，易受环境

5、温度的影响，因而冷端温度很难保持恒定。为此需要把冷端延伸并进行温度补偿。本设计使用AD590温度传感器测冷端结点温度，对其提供0--12V电压，连接成温度补偿电路。二、电路设计该测温仪是以AT89C51单片机为核心，由AD590集成温度传感器测量冷端温度T0，由热电偶测量热端温度T。它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，在通过以上介绍的二次查表法计算出实际温度值。此值送4位共阴极LED数码管显示。另外还采用X25045作为看门狗芯片。在运算处理上，除了需要对采集

6、到的信号进行A/D转换外，还需要在AT89C51单片机里对信号进行线性化标度变换。这一过程通过软件实现。软件部分将在后面介绍。2.1硬件结构特点指标及特点：该热电偶采用S型铂铑—铂热电偶。测温仪的测量范围在800—1600℃之间。使用＋12V和＋5V电源。采用4位共阴极LED显示。图2.1微机化仪表框图核心部分：CPU采用内带4K电擦写EEPROM的89C51单片机，它是一种低功耗、高性能的8位CMOS微处理芯片，是目前单片机中性能价格比较优良的控制芯片，而且与使用最广泛的51系列完全兼容，工作范围宽，具有加密功能。数码显示电路：在显示电路中采用4位共阴

7、极LED静态显示，LED驱动器为74LS164。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。缺点是使用元件多，线路比较复杂。共阴极LED数码管显示如图2.2和图2.3。X脚是共阴极，当在它的a、b、c、d、e、f、g、DP加上正向电压时，各段发光二极管就点亮。图2.2共阴极显示原理图图2.3管脚分布抗干扰电路：应MAX705搭构该测温仪表的看门狗电路。看门狗电路实际是一个可重触发单稳态电路，当程序正常运行时，每隔一段时间将单稳电路触发一次

8、，使其经常处于非稳定状态。当由于外界干扰或其它不正常状态使用程序进入死循环或飞逸