【正文】 175T81040202T91170229T1013005255第二章 熱電偶線性化的總體方案設(shè)計(jì)熱電偶是最廣泛的溫度傳感器之一，它具有構(gòu)造簡單、使用方便、熱慣性小、穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性好、溫度測量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，適用于信號(hào)的遠(yuǎn)傳、自動(dòng)紀(jì)錄和集中控制，在溫度測量中占有重要地位。其中，AM、A0、NM、N0對(duì)于某一固定的被測參數(shù)來說都是常數(shù)，不同的參數(shù)有著不同的值。線性表度變換公式（2）： （2）該式是線性化標(biāo)度變換的通用公式。在這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換過程，就是標(biāo)度變換。在該熱電偶測溫儀表中，需要將測量的溫度通過熱電偶轉(zhuǎn)換成0～+5V的電壓信號(hào)，再將對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的00～FFH的數(shù)字量DX。設(shè)計(jì)采用分段直線擬合方法，既節(jié)省大量存儲(chǔ)器，又有很高的測量精度。3. 數(shù)據(jù)壓縮法：即將分度表進(jìn)行壓縮處理，減少數(shù)據(jù)表字節(jié)數(shù)，通過軟件的適當(dāng)計(jì)算得出所測溫度。為簡化起見，常常是分段表達(dá)式，然后用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行分區(qū)計(jì)算得到溫度。計(jì)算法就是先測出熱電偶參考端的溫度,然后按下式計(jì)算（1）： (1)式中: 為熱電偶測量端溫度為, 參考端溫度為時(shí)的熱電勢； 為熱電偶測量端溫度為，參考端溫度為時(shí)的熱電勢；為熱電偶測量端溫度為, 參考端溫度為時(shí)的熱電勢[1]。然而，由于熱電偶測量的是溫度差，為了確定熱端的實(shí)際溫度，冷端溫度必須是已知的。這種配置允許熱電偶在沒有獨(dú)立參考結(jié)點(diǎn)的條件下使用。該配置中引入了第三種金屬(中間金屬)和兩個(gè)額外的節(jié)點(diǎn)。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線分為補(bǔ)償型和延伸型兩種，延伸型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替?？紤]到非零冷端溫度的電壓，必需對(duì)熱電偶輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償，既所謂的冷端補(bǔ)償。但在大多數(shù)應(yīng)用中獲得一個(gè)冰點(diǎn)參考溫度不太現(xiàn)實(shí)。所有數(shù)據(jù)均基于0℃冷端溫度。這種情況下，熱端測量電壓是結(jié)點(diǎn)溫度的直接轉(zhuǎn)換值。 Seebeck效應(yīng)原理圖 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償在熱電偶應(yīng)用初期，冰點(diǎn)被當(dāng)作熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)。定標(biāo)因數(shù):α，對(duì)應(yīng)于電壓差與溫差之比，稱為Seebeck系數(shù)。測量電壓VOUT是檢測端(熱端)結(jié)電壓與參考端(冷端)結(jié)電壓之差。環(huán)路電壓是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫差的函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。該設(shè)計(jì)的軟件由C51語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，熱電偶的牢固、可靠性和快速響應(yīng)時(shí)間使其成為各種工作環(huán)境下的首要選擇。內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說明書題 目：熱電偶的線性化LCD顯示學(xué)生姓名：……………………學(xué) 號(hào)：0605112130專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級(jí)：…………指導(dǎo)教師：………… 教授摘 要溫度測量應(yīng)用中有多種類型的傳感器，熱電偶是最常用的一種。與電熱調(diào)節(jié)器、RTD、溫度檢測集成電路(IC)相比，熱電偶能夠檢測更寬的溫度范圍，具有較高的性價(jià)比。本設(shè)計(jì)以STC89C52RC單片機(jī)為核心，由熱電偶測量熱端溫度T，經(jīng)過放大電路和ADC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 再由單片機(jī)進(jìn)行線性化處理，最后由1602字符型LCD顯示測量溫度。關(guān)鍵詞：熱電偶；A/D轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)；線性化；LCD顯示目 錄摘 要 I目 錄 II第一章 前言 1 熱電偶測溫原理 1 熱電偶測溫原理 1 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 1 線性化方法簡介 2第二章 熱電偶線性化的總體方案設(shè)計(jì) 5 硬件設(shè)計(jì)方案 5 軟件設(shè)計(jì)方案 5第三章 智能儀表硬件設(shè)計(jì) 7 熱電偶溫度傳感器 7 單片機(jī)STC89C52及其外圍接口電路 8 單片機(jī)STC89C52簡介 8 STC89C52的外圍接口電路 10 儀表放大和ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 11 儀表放大電路 11 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 12 LCD1602顯示模塊 13第四章 軟件設(shè)計(jì) 16 智能儀表主程序 16 ADC0832數(shù)據(jù)采集程序 16 線性化標(biāo)度變換程序 16 LCD顯示程序 17第五章 總結(jié) 18參考文獻(xiàn) 19附錄A 20第一章 前言 熱電偶測溫原理 熱電偶測溫原理熱電偶是差分溫度測量器件，由兩段不同的金屬/合金線構(gòu)成，一段用作正端，另一段用作負(fù)端。只要兩執(zhí)著點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢。這種現(xiàn)象稱為Seebeck效應(yīng)，用于解釋熱能轉(zhuǎn)換為電能的過程。因?yàn)閂H和VC是由兩個(gè)結(jié)的溫度差產(chǎn)生的，VOUT也是溫差的函數(shù)。熱電動(dòng)勢由兩部分電動(dòng)勢組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(帕爾貼電勢)，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(湯姆遜電勢)[1]。冷端溫度為0℃ (冰點(diǎn))時(shí)是一種最簡單的情況，如果TC = 0℃，則VOUT = VH。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)提供了各種類型熱電偶的電壓特征數(shù)據(jù)與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的查找表。利用冰點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過查找適當(dāng)表格中的VH可以確定熱端溫度。如果冷端溫度不是0℃，那么，為了確定實(shí)際熱端溫度必須已知冷端溫度。熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法有冷端溫度修正法、冷端0℃恒溫法、冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法(補(bǔ)償電橋法)。 常見的熱電偶配置。本例中，每個(gè)開路端與銅線電氣連接，這些連線為系統(tǒng)增加了兩個(gè)額外節(jié)點(diǎn)，只要這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度相同，中間金屬(銅)不會(huì)影響輸出電壓。VOUT仍然是熱端與冷端溫度之差的函數(shù)，與Seebeck系數(shù)有關(guān)。從簡便性、測量準(zhǔn)確度等方面考慮, 為充分發(fā)揮微處理器的計(jì)算能力, 在熱電偶測溫中可采用計(jì)算法進(jìn)行參考端補(bǔ)償。 線性化方法簡介一般測溫儀表所采用的線性化方法大致有以下幾種：1. 計(jì)算方法：即先用數(shù)學(xué)上的曲線擬合方法對(duì)熱電勢和對(duì)應(yīng)溫度進(jìn)行擬合，得出誤差最小的近似表達(dá)式。2. 直接查表法：對(duì)分度表不經(jīng)處理，直接按一定的排列形式存入，用測得的A/D轉(zhuǎn)換值靠軟件搜索來查的相應(yīng)的溫度值。以上幾種方法雖然都有其各自的優(yōu)點(diǎn)，但它們所占的字節(jié)數(shù)，對(duì)把十幾種分度好的線性修正數(shù)據(jù)或公式放入有限的單片機(jī)內(nèi)存中，都是很困難的。光進(jìn)行線性化還不夠，還要進(jìn)行標(biāo)度變換。之后還需要將DX值濾波，濾波后的碼值為NX，最后在程序進(jìn)行過程中，將轉(zhuǎn)換成實(shí)際測量溫度的顯示碼值。線性化標(biāo)度變換的前提是被測量參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系。（2）式中：A0：一次測量儀表的下限；AM：一次測量儀表的上限；AX：實(shí)際測量值（工程量）；N0：儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NM：儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NX：測量時(shí)所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。為了使程序設(shè)計(jì)簡單，一般把一次測量儀表的下限A0所對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值置為0，也即N0=0，這樣可以簡寫成：在很多測量系統(tǒng)中，儀表下限值A(chǔ)0=0，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的N0，下式可進(jìn)一步化簡：或者是本熱電偶測溫儀