【正文】 連接具有一定的距離。 信號(hào)放大電路的類型 按測(cè)量放大電路的結(jié)構(gòu)原理可分為：差動(dòng)直接耦合式、調(diào)制式和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類。但隨著集成工藝的發(fā)展，單片集成測(cè)量放大器的價(jià)格將大大降低，性能越來(lái)越好，在工藝生產(chǎn)中日益廣泛。 信號(hào)放大器放大倍數(shù)的設(shè)定 本系統(tǒng)選用鎳鉻硅 鎳硅（ N 型）熱電偶為特例作為 被校對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)。 ⑴ TLC0832 的基本特性 ： TLC0832 是八位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它有兩個(gè)可選擇的輸入通道。而當(dāng) DO 脫離高阻狀態(tài)時(shí)，可提供一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔的前導(dǎo)低電平，以使多路器穩(wěn)定。如果希望開(kāi)始另一個(gè)轉(zhuǎn)換， CS 必須有一個(gè)從高到低的跳變，且后面應(yīng)緊跟著輸入地址數(shù)據(jù)。 ② CLK 是時(shí)鐘脈沖輸入端，連接單片機(jī)的 P1. 1口，由單片機(jī)為 TLC0832 提供時(shí)鐘信號(hào)。作為單片機(jī)控制系 統(tǒng)中最常用的顯示器件， LED 數(shù)碼管具有體積小，抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 工作電壓低，功耗小，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。 單片機(jī)處理得到的結(jié)果 要送到 LED 顯示器中顯示，還需要通過(guò) LED 顯示接口電路驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管才能完成。 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路由筆段代碼鎖存器，筆段譯碼器等部分組成。 控制鍵盤(pán)的設(shè)計(jì) 由于 LED 顯示器功能的限制，一次只能顯示一 個(gè)數(shù)據(jù)，而測(cè)量處理所得的數(shù)據(jù)需要顯示的有：被測(cè)熱電偶的輸出電壓 測(cè)V ，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的輸出電壓 標(biāo)V ，被測(cè)熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶輸出電壓差 V? 。前者能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并能產(chǎn)生相應(yīng)的代 碼，以并行或串行方式發(fā)送給 CPU。 鍵盤(pán)設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題 : ㈠ 按鍵的確認(rèn)。所以通過(guò)電平狀態(tài)（高，低）的檢測(cè)，便可以確定按鍵是否按下。 鍵盤(pán)作為向系統(tǒng)提供操作員的干預(yù)指令的接口，其特定的按鍵序列代表著各種確定的操作命令。 ② 雙穩(wěn)態(tài)防抖電路 用兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的一個(gè) RS 觸發(fā)器，即可構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵以按下。 ⑵功能開(kāi)關(guān)接口電路 。 ㈠ 直接編碼輸入鍵盤(pán) ⑴獨(dú)立式按鍵接口電路 對(duì)于具有少量功能鍵的系統(tǒng)，多采用相互獨(dú)立的接口方法，即每個(gè)按鍵接一根輸入線與單片機(jī)相連，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。于是提出了用軟件的方法進(jìn)行防抖。防抖動(dòng)的方法分為： ⑴ 硬件防抖動(dòng)技術(shù) 通過(guò)硬件電路消除按鍵過(guò)程中抖動(dòng)的影響，這種方法 工 作可靠且節(jié)省機(jī)時(shí)。 按鍵操作中無(wú)意同時(shí)或先后按下 2 個(gè)以上的鍵，系統(tǒng)確認(rèn)哪個(gè)鍵操作是有效的，由設(shè)計(jì)者設(shè)定，如以按下時(shí)間最長(zhǎng)或最先按下為有效，也可以將最后釋放的鍵設(shè)為輸入鍵，這都是由設(shè)計(jì)者的意志決定。鍵的閉合與否，取決于機(jī)械開(kāi)關(guān)的通，斷狀態(tài)。后者則通過(guò)軟件來(lái)確認(rèn)按鍵并計(jì)算鍵值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 26 鍵盤(pán)接口技術(shù)簡(jiǎn)介 鍵盤(pán)使若干安鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。當(dāng)需要顯示 的位數(shù)在 4~12 時(shí)，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 25 多采用按為掃描硬件譯碼的動(dòng)態(tài)顯示方式或按位掃描軟件譯碼的動(dòng)態(tài)顯示方式?？刂泣c(diǎn)亮一定的筆段二極管，就能顯示出要顯示的數(shù)字。數(shù)碼管外觀 及 引腳如圖 所示 ： f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8D3LED3 圖 LED 數(shù)碼管外觀及引腳圖 根據(jù) LED 數(shù)碼管內(nèi)各筆段發(fā)光二極管的連接方式，可以將 LED 數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極兩大類。 ④ D0， D1 口是輸入輸出端口， 由于它們是分時(shí)工作的，所以可以 并聯(lián)后與單片機(jī)的 口相連， DI 口負(fù)責(zé)接收單片機(jī)送入的控制信號(hào)（多路器地址時(shí)序）， DO 口 將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號(hào)輸出，送給單片機(jī)。用多路器地址選擇模擬輸入通道的方法如表 所 示： 表 選擇模擬輸入通道信號(hào) 通道號(hào) CH0 CH1 輸入數(shù)據(jù)流（ bit） 110 111 TLC0832 工作時(shí)序圖如圖 所示。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)同時(shí)從 DO 端輸出，并以最高位 (MSB)開(kāi)頭。CS 在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中必須置為低電平，接著從處理器接受一個(gè)時(shí)鐘。 查表得 N 型熱電偶 (0~1000 C? )對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為 (0~),要將 (0~) 的輸出熱電勢(shì)放大為 0~5V 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，則要： ? 0aK*0 5 0 0 0aK*2 8 ?? ?? （ ） 由式（ ） 計(jì)算得到 放大倍數(shù)： K=138， a=0 繪制得 ： 折線非線性補(bǔ)償圖 如圖 所示 m vY 軸X 軸5 0 0 0002 0 0 04 0 0 04 0 0 8 0 0 1 0 0 03 0 0 01 0 0 02 0 0 6 0 0℃ 圖 折線非線性補(bǔ)償 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 21 A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)選用 TLC0832 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器， TLC0832 是單片機(jī)控制系統(tǒng)中常用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它有 2 個(gè)輸入端口，可以分別與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被測(cè)熱電偶的測(cè)得信號(hào)的輸出引線相連，我們通過(guò)對(duì) TLC0832 多路器地址的配置選擇轉(zhuǎn)換通道，就可以分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被測(cè)熱電偶的 熱電勢(shì) 信號(hào)依次在 TLC0832 中進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后得到的數(shù)字信號(hào)再送到單片機(jī)處理。這里選用三運(yùn)放高共模抑制比放大電路如圖 來(lái) 對(duì) 信號(hào) 進(jìn)行 放大 處理 2364718523647185100pF100KR410KR10KR110KR2100KR6100KR100KR3100KR5100KR7100KR810KR422364718510KR41+1515+INPINP22PF10KR47+15+15151515 圖 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路圖 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路是目前廣泛應(yīng)用的放大電路。 按元件的制造方式可分為：分立元件結(jié)構(gòu)形式、通用集成運(yùn)算放大器組成形式和單片集成測(cè)量放大器三種。傳感器有內(nèi)阻，電纜有 電阻 ，這些電阻和 放大電路產(chǎn)生的噪音， 以及環(huán)境噪聲都會(huì)對(duì)放大電路造成干擾，影響它的正常工作。所以本系統(tǒng)采用冰點(diǎn)瓶來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。 可以先將熱電偶自由端安放在一個(gè)溫度穩(wěn)定的地方，這樣冷端溫度便成了固定值，這樣送入到計(jì)算機(jī)或單片機(jī)中的熱電勢(shì)雖然不是自由端溫度為 0 C? 的熱電勢(shì)，但通過(guò)CPU 的運(yùn)算 ,對(duì)采得的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的算法進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)溫度為 20 C? 時(shí)， R1=R2=R3= R4，橋路平衡， ,a,b 端沒(méi)有電壓輸出。 ㈡ 自由端溫度補(bǔ)償電橋 自由端溫度補(bǔ)償器是一個(gè)不平衡電橋，他的輸出端與熱電偶串聯(lián)。但實(shí)際使用熱電偶時(shí)，往往 由于環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件等限制，自由端溫度不能保持在 0C? ，因此 需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行補(bǔ) 償或修正。通過(guò)單片機(jī)對(duì)主控軟件的執(zhí)行。它的外徑一般為 ~8mm，其長(zhǎng)度可以根據(jù)需要截取。 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 ⑴ 普通型裝配式結(jié)構(gòu) 普通型裝配熱電偶由熱電極、絕緣套管、外保護(hù)套管和接線盒組成。 1C? 負(fù) 銀白色 III 200~40 177。 ? 負(fù) 稍親磁 II 40~1300 177。 4 C? 負(fù) 稍軟 800 177。 C? 負(fù) 亮白柔軟 600 177。 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一的分度表，并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。39。39。B 相接，其接點(diǎn)溫度分別為 T, nT 和 0T 。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 12 熱電偶的基本定律 熱電偶在測(cè)溫時(shí)，需要解決一系列的實(shí)際問(wèn)題，以下的幾個(gè)定律，將為解決這些問(wèn)題提供了理論上的依據(jù)。產(chǎn)生的原因是，在不同溫度下，自由電子具有不同的動(dòng)能，溫度高時(shí)能動(dòng)大，動(dòng)能大的電 子就會(huì)向溫度較低的一端跑去，所以在同一導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)兩端溫度不同時(shí)，兩端也會(huì)產(chǎn)生一定大小的電位差 (湯姆遜電勢(shì) )。所以回路中的總接觸電勢(shì)如式（ ）： ))T(N )T(NI n T)T(N )T(NI n T(eK)T(E)T(E 0B 0A0BA0ABAB ??? () 式 （ ） 中， )T(EAB 為 A, B 兩種材料在溫度為 T 時(shí)的接觸電勢(shì) :K 為波爾茲曼常數(shù) 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 11 ㈡ 拍爾帖效應(yīng) 各種導(dǎo)體中都存在著大量的自由電子，不同導(dǎo)體自由電子的密度也不同，當(dāng)兩種金屬連接在一起時(shí)，在結(jié)點(diǎn)處就要發(fā)生電子擴(kuò)散，電子密度大的金屬的自由電子就要向電子密度小的導(dǎo)體擴(kuò)散。時(shí)，回路的熱電勢(shì) 如式（ ）所示 )()(),( 00 0 TeTedTSTTE ABABTT ABAB ??? ? () 式中， )T(eAB ， )T(e 0AB 為兩接點(diǎn)的分熱電勢(shì) 。在由兩種導(dǎo)體 A, B 組成的閉合回路見(jiàn)圖 中，如果兩端結(jié)點(diǎn)的溫度不同，在回路中就將產(chǎn)生一定大小的電流，這個(gè)電流的大小與導(dǎo)體材料的性質(zhì)以 及結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中都廣泛使用熱電偶來(lái)測(cè)量溫度。 熱電偶溫度計(jì)及其測(cè)溫原 理 熱電偶溫度計(jì)是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成電勢(shì)變化的傳感器，主要由熱電偶、顯示儀表和連接導(dǎo)線所組成。 ⑵ 利用金屬或半導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系 銅、鉑等金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體，當(dāng)溫度變化時(shí)其阻值也相應(yīng)的發(fā)生變化，利用這一關(guān)系可制成各種電阻溫度計(jì)。是以定義固定點(diǎn)溫度指定值以及這些固定點(diǎn)上分度過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的。 ② 熱力學(xué)溫標(biāo)是物理學(xué)家開(kāi)爾文提出的一種與工質(zhì)無(wú)關(guān)的，純理論的溫標(biāo)。 溫標(biāo)分為：經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)，國(guó)際溫標(biāo)。各種溫度計(jì)也必須先進(jìn)行分度和標(biāo)定才能使用。由于許多物質(zhì)的特征參數(shù)與溫度有密切關(guān)系，因而溫度計(jì)量在工業(yè)生產(chǎn)和科研活動(dòng)中的地位舉足輕重。 ㈢ 加熱爐控溫系統(tǒng) 由于熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)要對(duì)設(shè)定的多個(gè)檢溫點(diǎn)分別進(jìn)行測(cè)量檢定。通過(guò)信號(hào)放大電路將熱電偶的熱電勢(shì)放大到 0~5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再由 TLC0832 將模擬量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量后在單片機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)取得采集到的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，得出標(biāo)偶與被測(cè)偶的電壓輸出 值并將其存儲(chǔ)在一定的存儲(chǔ)單元，當(dāng)前檢溫點(diǎn)測(cè)量結(jié)束后，計(jì)算求出被測(cè)偶與標(biāo)偶輸出電壓的最大偏差值，并與允許的極限偏差比較，判定出被測(cè)熱電偶是否合格，并計(jì)算出被測(cè)熱電偶的精確度。 首先根據(jù)檢定需要設(shè)置好各個(gè)檢溫點(diǎn) , 并由單片機(jī)通過(guò)串口 1（串行通信端口）將其送給控溫系統(tǒng)中的單片機(jī) , 控溫系統(tǒng)根據(jù)測(cè)溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量值與設(shè)定值（即檢溫點(diǎn)）的偏差大小進(jìn)行一系列的 PI,PID 運(yùn)算，輸出結(jié)果控制可控硅調(diào)壓器，調(diào)節(jié)電阻爐的輸入電壓，對(duì)電阻爐的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)直至其穩(wěn)定在規(guī)定的檢溫點(diǎn)溫度允許誤差范圍內(nèi)。 本次設(shè)計(jì)中，考慮到微型計(jì)算機(jī)型熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，原設(shè)計(jì)思路是采用微型計(jì)算機(jī)型的設(shè)計(jì)方案，但介于條件的限制，缺少檢測(cè)通信接口，而改選微處理器型的設(shè)計(jì)方案。 這種類型的熱電偶檢定設(shè)備，是直接利用目前迅速發(fā)展的微機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。 這種類型的設(shè)備其系統(tǒng)原理構(gòu)成如圖 所示 管 式 電 阻 爐冰瓶放 大 電 路放 大 電 路A / D 轉(zhuǎn) 換T L C 0 8 3 2單 片 機(jī)L E D 顯 示 器可 控 硅 調(diào) 壓器放 大 電 路D / A 轉(zhuǎn) 換 單 片 機(jī) A / D 轉(zhuǎn) 換 圖 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)原理圖 微處理器型熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)主要包括： 80C51 單片機(jī)、冰點(diǎn)瓶、放大電路、 A/D轉(zhuǎn)換芯片 TLC083 LED 數(shù)碼管等設(shè)備。測(cè)量過(guò)程與上述方法相同。 測(cè)量過(guò)程：將捆綁后的熱電偶束插入爐膛內(nèi)，并把熱電偶的冷端引入零度恒溫器內(nèi)。熱電偶的檢定步驟和檢定周期按國(guó)家計(jì)量部門(mén)制訂的“檢定規(guī)程”進(jìn)行。 這種類型的檢定系統(tǒng)的特點(diǎn)是開(kāi)發(fā)環(huán)境優(yōu)越，技術(shù)難度和工作量小，檢定精度高，人機(jī)交互界面友好，功能齊全完善，故易于推廣使用。 其特點(diǎn)是體積小，成本低，自動(dòng)化儀表程度高。故該系統(tǒng)可廣泛用于計(jì)量、軍士、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 2 電力、石油、冶金、化工等部門(mén)。由于傳統(tǒng)的熱電偶檢定方式效率的低下而且精確度低，已無(wú)法滿足現(xiàn) 代化企業(yè)對(duì)溫度計(jì)量上的需要，由此便給我們提出了新的研究課題：要求我們?cè)O(shè)計(jì)一套只需工作人員作簡(jiǎn)單設(shè)定和接線后，便不再需要人參與，而由系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)熱電偶檢定工作的檢定系統(tǒng)。這就導(dǎo)致了許多檢定儀器的利用率很低，而且接線非常繁雜。 Automatic examination。 關(guān)鍵詞： 溫度 ； 熱電偶 ； 自動(dòng)檢定 ； 數(shù)據(jù)采集 ； 數(shù)據(jù)處理 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） II Thermoelement automatic examination system Abstract Temperature in a variety of industrial produc