设计k型热电偶测温电路

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1、创新设计与实践课程设计题目:设计K型热电偶测温电路院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：成绩：指导老师签名：日期：第16页摘要：K型热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用，可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。基于热电偶的温度测试仪，该仪器是以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，该热电偶采用K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶）。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

2、机运算处理，转换成ROM地址，再通过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。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。关键词：热电偶，冷端温度补偿，89C51单片机，ADC0809，第16页1单元模块设计为使该模块化热电偶测温系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括冷端采集和补偿电路模块、热端放大电路模块、单片机模块，A/D转换模块，LED显示模块等。1.1冷端采集和补偿电路模块冷端采集和补偿电路运用AD590温度传感器采集冷端温度，并连接补偿电路进行温度补偿，如图1.1图1.1冷端采集和补偿电路1.1.1AD59

3、0介绍AD590是美国模拟器件公司生产的恒流源式模拟集成温度传感器，它兼有集成恒流源和温度传感器的特点，具有测量温度误差小，动态阻抗高，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等优点，适合远距离测温，控温，不需要线性校准的特点。其性能特点：AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。其内部电路见图3.1所示。芯片中的R1和R2是采用激光修正的校准电阻，它能使+25℃下的输出电流恰好微298.2uA。首先有晶体管VT8和VT11产生与热力学温度成正比的电压信号。，在通过R5,R6把电压信号转换微电流信号，为保证有良好的温度特性，R5,R6的电阻温度系数应非常小，这里采用激光修

4、正的SiCr薄模电阻，其电阻温度系数低，VT10的集电极电流能够跟随VT9和VT11的集电极电流的变化，使总电流达到额定值。R5和R6也需要在25℃第16页的标准温度下校准。 AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗>10M，能大大减小因电源电压波动而产生的测量误差，例如，当电源电压从5V变化到10V时，所引起的电流最大变化量仅为1uA，等价于1℃的测温误差。AD590的工作电压为+4～30V，测温范围是-55～+150℃，对应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1uA.其输出电流Io（uA）与热力学温度T（K）严格成正比。电流温度系数K1的表达式为：K1=㏑8（3

5、.2）外部存储器电路JTAG接口GPIO接口CAN总线接口电源电路RS232串口RTL8019AS以太网接口电路LPC2290(ARM7TDMI-S)I2C总线矩阵键盘电路彩色液晶屏图1.1AD590内部电路因此，输出电流的微安数就代表着被测量温度的热力学温度值。热力学温标（K）与摄氏温标（℃）的换算关系如式3所示：T(℃)=T(K)-273.15（3.3）1.1.2冷端采集和补偿电路分析AD590只需单电源工作，抗干扰能力强，要求的功率很低。输出电流值是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+

6、25）=298μA。接着补偿电路进行工作。1、AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。 2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V。3、接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换

7、输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。注意事项：   1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为10K×298μA=2.98V   2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。   第16页1.2热端放大电路模块图1.2热端放大调理电路热电偶的热端放大电路如图1.2所示。热电偶的热端接入到INP口，然后进行一系列的调试放大。本系统应用K型热电偶，导热系数测定过程中通常温度范围小于100℃，为保证测量精度，热电偶线性化软件我们每隔5℃分一段，并且精确到小数点后两位。硬件调理电路截取