【正文】 方 向A(T) B(T)NANB電 子 擴(kuò) 散 方 向 圖 接觸電勢 一旦電位差建立起來之后，將阻止電子繼續(xù)由 A 向 B 擴(kuò)散。電子擴(kuò)散的速率與自由電子的密度及所處的溫度成正比。該電動(dòng)勢實(shí)際上是由接觸電勢（珀?duì)柼妱荩┡c溫差電勢（ 湯姆 遜電勢）所組成。 T T 0A AB1 2 圖 塞貝克效應(yīng)示意圖 ( 0TT? ) 熱電偶就是通過測量 熱電動(dòng)勢來實(shí)現(xiàn)溫度測量的，即熱電偶測溫是基于熱電轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 — 熱 電 現(xiàn)象。接點(diǎn) 1 通常是焊接在一起的，測量時(shí)將它置于測溫場所感受被測溫度，故稱為測量端。該熱電動(dòng)勢就是著名的“賽貝克溫差電動(dòng)勢”，簡稱“熱電動(dòng)勢”，計(jì)為 ABE 。兩種不同的物體 A 和 B 連接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn) 1 和 2 的溫度不同時(shí) ， 如 圖 所示 。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢可 由三 個(gè) 不同的效應(yīng) 加以解釋 ，即 ： 賽貝克 (Seebeck)效應(yīng)、 珀 爾帖(Peltier)效應(yīng)和湯姆遜 (Thomson)效應(yīng)。 熱電偶測溫的基本原理 熱電偶是熱電溫度計(jì)的敏感元件 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 熱電偶測溫的基本原理 方案的提出 溫度 測量 有許多方法，但考慮到實(shí)際應(yīng)用于較廣泛的工業(yè)領(lǐng)域就需要測溫范圍寬的測溫元件，同時(shí)要將溫度信號(hào)轉(zhuǎn) 變成電信號(hào)來處理，因此采用熱電偶 作為檢測系統(tǒng)的一次儀表。第 5 章進(jìn)行了誤差分析，分析了產(chǎn)生誤差的各種因素，這將有助于今后對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測量精度。其中，信號(hào)調(diào)理 放大部 分電路的設(shè)計(jì)是整篇課題設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，投入了 很 大的 精力 。整套儀器是由單片機(jī)系統(tǒng)控制的，包括 A/D 轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘 和 復(fù)位電路、鍵盤和 LED 顯示電路、溫度控制電路 等。第 2 章講述了熱電偶測溫的主要原理，說明了熱電偶實(shí)際輸出電壓和溫度之間的關(guān)系，以及如何求得總的熱電動(dòng)勢。 本文主要講述了用熱電偶測溫的主要 原理、實(shí)際硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和誤差分析。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確、合理地測量工業(yè)環(huán)境中 的 溫度成為了人們一直關(guān)注的問題。 還有一些例如 熱噪聲溫度檢測器 ，石英晶體溫度檢測器，激光溫度檢測器，微波溫度檢測器等溫度檢測器都有不同程度的發(fā)展。在這樣的系統(tǒng)中，通常不應(yīng)使用各有不同輸出的溫度計(jì)，必須將輸出轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的電信號(hào)，這樣“溫度計(jì)”就變成了“溫度變送器” ?，F(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。在鉑鍺合金熱電偶（ S、 R 型）的不確定度 已很難提高之后，人們開始尋找由純貴金屬組成的熱電偶，以代替 S 和 R 型熱電偶，作為傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。光纖溫度檢測器是目前光纖傳感器中發(fā)展較快的一種，已開發(fā)了開關(guān)式溫度檢測器、輻射式溫度檢測器等多種實(shí)用型的品種。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之用。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減少的原理研制成的溫度檢 測器，稱為核磁共振溫度檢測器。目前，國內(nèi)外也進(jìn)行了生產(chǎn)?；谏鲜鰷y溫原理已研制了各種溫度檢測元件。 (1) 晶體管溫度檢測元件 半導(dǎo)體溫度檢測元件是具有代表性的溫度檢測元件。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 正在研究的溫度檢測技術(shù) 近年來，在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，已取得了重大進(jìn)展。智能儀器儀表以微電子器件 代替常規(guī)電子線路，以微處理器為核心，具有信息采集，顯示，處理，傳輸及優(yōu)化控制等功能，甚至具有輔助專家進(jìn)行推斷分析與決策的能力。今天數(shù)字化儀表的增長速度己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過模擬式儀器儀表。 (2) 數(shù)字式儀器儀表 與 模擬式儀器儀表 相比數(shù)字式儀器儀表 更 高的測量精度與響應(yīng)速度。 (1) 模擬式儀器儀表 這種儀器儀表至今仍在各種場合被廣泛地使用著。在現(xiàn)代化建設(shè)中，人們對(duì)儀器儀表因其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量所起到的監(jiān)測作用，在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)行技術(shù)改造，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)，儀器儀表的裝備水平在很大程度上反映出一個(gè)國家的生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化水平。 國內(nèi)外儀器儀表發(fā)展?fàn)顩r 科學(xué)的發(fā)展，往往是由于新的觀測手段的發(fā)現(xiàn)而獲得的。他們的關(guān)系為 ： 11BTTe????????00 TTRR () 式中 ： TR — 在溫度 T (K)時(shí)的電阻值 (?)； 0TR— 在溫度 0T (K)時(shí)的電阻值 (?)； 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 e— 自然對(duì)數(shù)的底，等于 ? ； B— 常數(shù)，其值與半導(dǎo)體材料的成分和制作方法有關(guān) [2]。目前常用的有鉑熱電阻（分度號(hào)為 Pt100、 Pt10 兩種）和銅熱電阻（分度號(hào)為 Cu50、 Cu100 兩種 ）。 其 它 還有非常用的 熱電偶。 (3) 鉑銠 — 鉑，型號(hào)為 WRP，分度號(hào)為 S，在 1300℃ 以下的溫度可長期使用，短期可測 1600℃ 。常見用的熱電偶有以下幾種： (1) 鎳鉻 — 鎳硅，型號(hào)為 WRN， 分度號(hào)為 K 測溫范圍 0~900℃ ，短期可測 1200℃ 。在特殊情況下 ，可測至 2800℃ 的高溫或 4K 的低溫。 它是用 熱電偶測得相應(yīng)的熱電動(dòng)勢，由儀表顯示出溫度的一種溫度計(jì)。 利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件 利用此技術(shù)制成的溫度檢測元件主要是熱電偶。 國內(nèi)外 測溫主要方法 隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也不斷地進(jìn)步，目前的溫度檢測使用的溫度計(jì)種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法。尤其實(shí)在一些大型工業(yè)中，溫度更是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。作為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工具的自動(dòng)化儀表與控制裝置，在高能新技術(shù)的推動(dòng)下，正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代。 “工欲善其事，必先利其器”，這是中國的一句古話，人們?cè)缇椭拦ぞ叩闹匾浴?隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度測量的要求就越來越高，而且測量的范圍越來越廣，對(duì)溫度檢測技術(shù)的要求也越來越高。 single chip microputer 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 目錄 摘要 ............................................................................................................................................. I ABSTRACT ...............................................................................................................................II 目錄 .......................................................................................................................................... IV 第 1 章 緒論 ............................................................................................................................ 1 引言 ........................................................................................................................... 1 國內(nèi)外測溫主要方法 ............................................................................................... 1 利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì) .......................................................... 1 利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件 ...................................................... 2 利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計(jì) .................................................................. 2 國內(nèi)外儀器儀表發(fā)展?fàn)顩r ....................................................................................... 3 正在研究的溫度檢測技術(shù) ....................................................................................... 4 課題研究背景及本文主要內(nèi)容 ............................................................................... 5 第 2 章 熱電偶測溫的基本原理 ............................................................................................ 6 方案的提出 ............................................................................................................... 6 熱電偶測溫的基本原理 ........................................................................................... 6 熱電偶閉合回路的總 熱電動(dòng)勢 ............................................................................... 9 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 10 熱電偶的種類 ................................................................................................ 10 熱電偶的選擇 ................................................................................................ 11 補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇 ............................................................................................ 12 絕緣物與保護(hù)管的選擇 ................................................................................ 13 熱電偶的冷端補(bǔ)償 ................................................................................................. 15 第 3 章 溫度測量儀硬件設(shè)計(jì) .............................................................................................. 18 電路設(shè)計(jì)整體思路 ................................................................................................. 18 單片機(jī)介紹 ............................................................................................................. 18 熱電偶信號(hào)調(diào)理電路 ............................................................................................. 19 直流穩(wěn)壓電源 ................................................................................................ 19 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路 ............................................................................ 20 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 低通濾波和陷波電路 ........................