【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于熱電偶溫度傳感器的 高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 指導(dǎo)教師 (職稱 ) 完成時(shí)間 基于熱電偶溫度傳感器的高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 中文摘 要 ................................................................. I 英文摘要 ................................................................. II 1 緒論 .................................................................. 1 2 系統(tǒng)原理概述 ....................................................... 3 快速測溫的算法實(shí)現(xiàn) ......................................... 3 熱電偶測溫基本原理 ......................................... 4 熱電偶冷端補(bǔ)償方案確定 .................................... 5 分立元?dú)饧涠搜a(bǔ)償方案 ................................... 5 集成電路溫度補(bǔ)償方案 ..................................... 6 方案確定 .................................................. 7 硬件組成原理 ................................................. 7 軟件系統(tǒng)工作流程 ............................................ 7 3 硬件設(shè)計(jì) ............................................................. 9 熱電偶簡介 .................................................... 9 熱電效應(yīng) .................................................. 9 熱電偶基本定律 ........................................... 11 熱電偶溫度補(bǔ)償 ........................................... 11 熱電 偶的結(jié)構(gòu)形式 ......................................... 12 K 型熱電偶概述 ........................................... 13 K 型熱電偶特點(diǎn) ........................................... 14 具有冷端補(bǔ)償?shù)臄?shù)字溫度轉(zhuǎn)換芯片 MAX6675 功能簡介 .. 14 冷端補(bǔ)償專用芯片 MAX6675 性能特點(diǎn) ..................... 15 冷端補(bǔ)償專用芯片 MAX6675 溫度變換 ..................... 16 基于熱電偶溫度傳感器的高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 冷端補(bǔ)償專用芯片 MAX6675 的冷端補(bǔ)償問題 .............. 17 冷端補(bǔ)償專用芯片 MAX6675 的熱補(bǔ)償跟噪聲補(bǔ)償問題 ..... 17 冷端補(bǔ)償專用芯片 MAX6675 測量精度的提高方法 .......... 17 冷端補(bǔ)償專用芯片 MAX6675 的溫度讀取 ................... 17 單片機(jī)選擇及部分功能簡介 ................................. 18 AT89C51 單片機(jī)的 SPI 實(shí)現(xiàn) ............................... 20 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器 74LS245 ...................... 21 硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì) ........................................... 21 溫度采集電路 ............................................. 21 顯示電路 ................................................. 22 報(bào)警電路 ................................................. 24 單片機(jī)控制電路 ........................................... 25 4 軟件設(shè)計(jì) ............................................................ 26 主程序設(shè)計(jì) ................................................... 27 溫度采集轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) ...................................... 28 顯示程序設(shè)計(jì) ................................................ 30 5 系統(tǒng)仿真 ............................................................ 31 Proteus 概述 .................................................. 31 系統(tǒng)仿真結(jié)果 ................................................ 31 結(jié)束語 .................................................................. 33 致 謝 ..................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................................ 35 附 錄 ..................................................................... 36 基于熱電偶溫度傳感器的高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 基于熱電偶溫度傳感器的高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本文主要介紹了基于熱電偶溫度傳感器的快速測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文綜合考慮到熱電偶的熱惰性時(shí)間常數(shù)問題，采用快速算法實(shí)現(xiàn)了溫度快速測量的功能?？焖偎惴ㄋ枷胧牵涸诘葧r(shí)間間隔內(nèi)快速采集三個(gè)溫度數(shù)據(jù)，然后根據(jù)它們與熱時(shí)間常數(shù)、初始溫度以及穩(wěn)定后的溫度之間的關(guān)系，最后得出穩(wěn)定后溫度的數(shù)學(xué)計(jì)算公式，從而得到所測量的溫度值。 本文采用了帶有 冷端補(bǔ)償?shù)臏囟绒D(zhuǎn)換芯片 MAX667 K 型熱電偶、 89C51單片機(jī)、數(shù)碼管等元器件設(shè)計(jì)了相應(yīng)溫度采集電路、溫度轉(zhuǎn)換電路、溫度控制電路、超量程報(bào)警電路、數(shù)碼管顯示電路。結(jié)合硬件電路給出了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，測溫精度可達(dá)到 ℃ 。 本系統(tǒng)的工作流程是：首先熱電偶采集溫度，數(shù)據(jù)經(jīng)過MAX6675 內(nèi)部電路的處理后送給單片機(jī)進(jìn)行算法處理，最后通過數(shù)碼管電路顯示出測量溫度。本設(shè)計(jì)最后對系統(tǒng)進(jìn)行了 protuse 的調(diào)試和仿真，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。 關(guān)鍵詞 溫度傳感器 熱電偶 熱時(shí)間常數(shù) 冷端補(bǔ)償 基于熱電偶溫度傳感器的高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) II BASED ON THERMOCOUPLE TEMPERATURE SENSOR HIGHSPEED TEMPERATURE MEASURING SYSTEM DESIGN ABSTRACT This design describes the thermocouple temperature sensor based on the rapid temperature measurement system. This prehensive taking into account the thermal inertia of the thermocouple time constant problem, the use of fast algorithm features fast measurement of temperature. Fast algorithm idea is: in the other three intervals quickly acquire temperature data, and then based on they contact with thermal time constant, initial temperature and stable temperature, Finally, temperature formula is given, so we can obtain the measured temperature values. This design uses a temperature conversion chip MAX6675， Ktype thermocouple, 89C51microcontroller, LED and other ponents, design corresponding temperature acquisition circuit, temperature converter circuit, temperature control circuit, overrange alarm circuit, the LED display circuit. With the hardware give out The corresponding software design, temperature measurement accuracy up to ℃ ． The system works is: first acquisition thermocouple temperature data through the Treatment of the of the MAX6675 internal circuit and be then sent to 89C51 Aim for rapid algorithm processing. Finally, the LED circuit shows the measurement temperature values. In the last, the design of the system was protuse debugging and simulation,achieve the design requirements. KEY WORDS Temperature sensor Thermocouple Thermal time constant Cold junction pensation基于熱電偶溫度傳感器的高速測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)，對溫度的測量在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工、國防、科研等領(lǐng)域中有廣泛地應(yīng)用。在某些特殊的場合對溫度的檢測速度有很高的要求，例如：在測量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的溫度的時(shí)候，就要求熱響應(yīng)時(shí)間小于 1s；航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度測量要求 內(nèi)完成等。因此針對以上問題就有人提出溫度快速測量的思想。 通常用來測量溫度的傳感器有熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻、熱電偶、半導(dǎo)體溫度傳感器等幾種。這些常用溫度傳感器一般的溫度測量中可以滿足響應(yīng)速度的問題。但在特 殊的場合就不能達(dá)到快速檢測的要求，例如在氣體溫度測量時(shí)候，由于溫度傳感器自身的熱滯特性，而氣體傳熱過程又比較緩慢，氣體溫度測量就有很大滯后。工業(yè)常用的精度較高的溫度傳感器有鉑熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等。鉑熱電阻具有溫度測量范圍大、重復(fù)性好、精度高等特點(diǎn)，但是響應(yīng)不是很快，特別是在對氣體溫度測量時(shí)至少要幾秒鐘，在某些工作環(huán)境比較特殊的場合，如高壓環(huán)境下，還需使用鎧裝的鉑熱電阻，更是延緩了熱響應(yīng)速度。半導(dǎo)體溫度傳感器分熱敏電阻和 PN 結(jié)型溫度傳感器兩種。熱敏電阻非常適合對微弱溫度變化的測量，但是缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重；PN 結(jié)型的特點(diǎn)是體積小、線性輸出、精度高，但是不能使用在液體環(huán)境，對氣體溫度變化響應(yīng)也較慢 [1]。所以用溫度傳感器一般都存在著對氣體溫度變化響應(yīng)較慢的問題。在對溫度實(shí)時(shí)性測量要求比較高的系統(tǒng)，運(yùn)用常用溫度測量方法很難做到對溫度的快速測量，對系統(tǒng)的精度影響就很大。 在工業(yè)過程控制與生產(chǎn)制造領(lǐng)域普遍使用具有較高測溫精度及測溫范圍的熱電偶做測溫元件。在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶中 ,K 型 (鎳鉻 鎳硅 )熱