【正文】 第1章 概述 當(dāng)代研究現(xiàn)狀 簡介在冶金、石油、化工、機(jī)械制造和國防等行業(yè)中，往往要求對溫度進(jìn)行長時(shí)間監(jiān)測。以前一般采用玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶、熱電阻和非接觸式溫度計(jì)等進(jìn)行溫度測量。但這些溫度計(jì)有反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩、測量精度不高、誤差大等缺點(diǎn)。此時(shí)，上述各類溫度計(jì)則難以勝任。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。溫度是工業(yè)生產(chǎn)和自動控制中最常見的工藝參數(shù)之一，如果將傳感器檢測到模擬電量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過數(shù)碼顯示其溫度結(jié)果，這種方法反應(yīng)迅速，測量精度高，功耗小，顯示直觀。因此，由、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和數(shù)碼顯示模塊組成的數(shù)字式低功耗高精度溫度計(jì)可以代替各種機(jī)械式溫度計(jì)來完成特殊情況下的溫度測控工作，且便于實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實(shí)用，對許多的企業(yè)都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)商還有使用者來說，都是最好的。企業(yè)使用產(chǎn)品需要考慮到他們的成本問題， 他們需要的是一個(gè)廉價(jià)的又是一個(gè)實(shí)用的產(chǎn)品。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正好具備了這樣的一個(gè)要求，能夠在大多數(shù)的地方應(yīng)用。在許多測量溫度的過程中，人們總是會要同時(shí)去檢測幾個(gè)地方的溫度，若是輪流去檢測這樣花費(fèi)的時(shí)間就很多，也給工作增加了一定的煩瑣程度，因此本設(shè)計(jì)就是解決了這樣一個(gè)問題，由一個(gè)按鍵裝置控制多個(gè)地方的溫度測量。例如一個(gè)漁業(yè)養(yǎng)殖場，由于魚對溫度和蝦對溫度的要求都不同，等等其他的水產(chǎn)品都有各自對水的要求，若要時(shí)不時(shí)的測量溫度這也是項(xiàng)繁重的任務(wù)，但是我這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)只要在每個(gè)地方安裝一個(gè)溫度檢測的裝置，再通過控制按鍵就可以選擇了解哪一個(gè)地方的溫度了。這就是一個(gè)兩點(diǎn)間的溫度檢測系統(tǒng)，與單路相比，有著許多的優(yōu)越性。首先在人員的分配方面，單路檢測需要一地一個(gè)人員，而兩點(diǎn)間只需要一個(gè)人或者少數(shù)的人對多個(gè)地方進(jìn)行檢測，由此節(jié)省了人力資源。其次是在產(chǎn)品的開發(fā)方面，如果地方多的話，多路在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面就使硬件簡單很多，意味著成本下降，效益提高。因此是一個(gè)比較實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。溫度是工業(yè)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)物理量，在農(nóng)業(yè)，現(xiàn)代科學(xué)研究和各種高新技術(shù)的開發(fā)和研究中也是一個(gè)非常普遍和常用的測量參數(shù)。溫度測量的原理主要是：將隨溫度變化而變化的物理參數(shù)，如膨脹、電阻、電容、熱電動勢、磁性、頻率、光學(xué)特性等通過溫度傳感器轉(zhuǎn)變成電的或其他信號，傳給處理電路。，最后轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)值顯示出來。傳統(tǒng)的溫度測量方法基本上是接觸式的，主要有：熱膨脹式溫度計(jì)，電阻式溫度計(jì)，熱電偶式溫度計(jì)等。這些接觸式溫度計(jì)的主要缺點(diǎn)是對傳感器的耐熱性能要求比較苛刻，所以對應(yīng)的使用溫度范圍比較有限。它們的精度也大大限制了他們的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，由于這些測量方法大都是接觸式的，會污染一些高純度，高腐蝕性的測量對象。目前應(yīng)用的比較廣泛的非接觸溫度測量技術(shù)有紅外非接觸溫度測量技術(shù)，單總線數(shù)字式溫度測量技術(shù)等等。此外，激光測量溫度技術(shù)，基于彩色CCD三基色的溫度測量技術(shù)也開始成為溫度測量的手段之一。本文將著重對目前在工業(yè)生產(chǎn)中最為常用的熱電偶檢測器，熱電阻檢測器，紅外非接觸溫度測量技術(shù)以及單總線數(shù)字式溫度測量技術(shù)的測試原理，各自特點(diǎn)以及應(yīng)用加以介紹。然后再簡單介紹一下發(fā)展地比較迅速的激光測量溫度技術(shù)和基于彩色CCD三基色的溫度測量技術(shù)。 現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段；（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；（2）模擬集成溫度傳感器/控制器；（3）智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。單片系統(tǒng)（SYSTEM On Chip）是21世紀(jì)一項(xiàng)高新科技產(chǎn)品。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)10 8～10 9元件/片，這將給IC產(chǎn)業(yè)及IC應(yīng)用帶來劃時(shí)代的進(jìn)步。目前，國際上一些著名IC廠家已開始研制單片機(jī)測溫系統(tǒng)，相信在不久的將來即可面市。 語音播放的概念 溫度溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。 國際實(shí)用溫標(biāo)是一個(gè)國際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會通過的《1968年國際實(shí)用溫標(biāo)1975年修訂版》，記為：IPTS68（Rev75）。但由于IPTS68溫示存在一定的不足，國際計(jì)量委員會在18屆國際計(jì)量大會第七號決議授權(quán)予1989年會議通過了1990年國際溫標(biāo)ITS90，ITS90溫標(biāo)替代IPTS68。我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS90國際溫標(biāo)。 溫度單位 熱力學(xué)溫度（符號為T）是基本功手物理量，它的單位為開爾文（符號為K），定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/。由于以前的溫標(biāo)定義中，（冰點(diǎn)）的差值來表示溫度，因此現(xiàn)在仍保留這各方法。根據(jù)定義，攝氏度的大小等于開爾文，溫差亦可以用攝氏度或開爾文來表示。國際溫標(biāo)ITS90同時(shí)定義國際開爾文溫度（符號為T90）和國際攝氏溫度（符號為t90）。 國際溫標(biāo)ITS90的通則 。ITS90是這樣制訂的，即在全量程中，任何溫度的T90值非常接近于溫標(biāo)采納時(shí)T的最佳估計(jì)值，與直接測量熱力學(xué)溫度相比，T90的測量要方便得多，而且更為精密，并具有很高的復(fù)現(xiàn)性。 ITS90的定義 , T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來定義。 ()之間T90是用氦氣體溫度計(jì)來定義. 第二溫區(qū)為平衡氫三相點(diǎn)()到銀的凝固點(diǎn)(℃)之間,. 銀凝固點(diǎn)(℃)以上的溫區(qū),T90是按普朗克輻射定律來定義的,復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì)。 語音芯片的分類 溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，幫需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 語音播放的方法 基本測量方法使用測溫儀表對物體的溫度進(jìn)行定量的測量。測量溫度時(shí)，總是選擇一種在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度變化的物理量作為溫度的標(biāo)志，根據(jù)所依據(jù)的物理定律，由該物理量的數(shù)值顯示被測物體的溫度。目前，溫度測量的方法已達(dá)數(shù)十種之多。根據(jù)溫度測量所依據(jù)的物理定律和所選擇作為溫度標(biāo)志的物理量，測量方法可以歸納成（1）膨脹測溫法，（2）壓力測溫法，（3）電學(xué)測溫法，（4）磁學(xué)測溫法，（5）聲學(xué)測溫法，（6）頻率測溫法，（7）輻射測溫法其中的電學(xué)測溫法現(xiàn)在是最常用，它包括熱電阻測量法，熱電偶測量法 熱電阻測量方法熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 1．熱電阻測溫原理及材料 　　熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。 熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 2．熱電阻的結(jié)構(gòu) （1）精通型熱電阻 從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。 （2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，最小可達(dá)φmm。 與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。 （3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。 （4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。 3．熱電阻測溫系統(tǒng)的組成 （1）熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)： ①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致 ②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。（1）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管