【正文】 電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。熱 電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題： 熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)； 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)； 當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端（熱端），溫度較低的一端為自由端（冷端），自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。所以通過此算法只要在等間隔的時(shí)間內(nèi)快速采集三個(gè)溫度值，通過軟件算法計(jì)算就可實(shí)現(xiàn)溫度的快速測(cè)量。式子（ 27）得： ??? TtT TtTe tt ???? )( )(2112 （ 29） 由式子（ 27）247。測(cè)溫時(shí)，時(shí)間隨著溫度變化如圖 21 所示?；跓犭娕紲囟葌鞲衅鞯母咚贉y(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 系統(tǒng)原理概述 快速測(cè)溫的算法實(shí)現(xiàn) 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫時(shí)，溫度是一個(gè) 緩慢上升的過程，且溫度隨時(shí)間的變化并不是一個(gè)線性的過程，因此要實(shí)現(xiàn)快速測(cè)溫就要考慮熱電偶的熱惰性時(shí)間常數(shù)問題 [3]，采用合理的軟件算法。采用帶有冷端補(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)出相應(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。因此我們必須解決對(duì)熱電偶測(cè)量信號(hào)的放大調(diào)理、非線性校正、冷端補(bǔ)償、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸出接口等一系列復(fù)雜的問題 ,以及解決模擬與數(shù)字電路硬件設(shè)計(jì)過程和建表、查表、插值運(yùn)算等復(fù)雜的軟件編制過程 ,以達(dá)到使電路簡(jiǎn)化 ,成本減少 ,增加系統(tǒng)可靠性的目的。③數(shù)字化輸出 ：與嵌入式系統(tǒng)接口必然要采用數(shù)字化輸出及數(shù)字化接口 ， 而作為模擬小信號(hào)測(cè)溫元件的熱電偶顯然無法直接滿足這個(gè)要求。①非線性 ：熱電偶輸出熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系為非線性關(guān)系 ,因此在應(yīng)用時(shí)必須進(jìn)行線性化處理。在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶中 ,K 型 (鎳鉻 鎳硅 )熱電偶由于具有價(jià)格低廉、輸出熱電勢(shì)值較大、熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系好、化學(xué)穩(wěn)定性好、復(fù)制性好、可在 1000℃下長(zhǎng)期使用等特點(diǎn) ,因而是工業(yè)生產(chǎn)制造部門應(yīng)用最廣泛的熱電偶元件。在對(duì)溫度實(shí)時(shí)性測(cè)量要求比較高的系統(tǒng)，運(yùn)用常用溫度測(cè)量方法很難做到對(duì)溫度的快速測(cè)量，對(duì)系統(tǒng)的精度影響就很大。熱敏電阻非常適合對(duì)微弱溫度變化的測(cè)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(duì)氣體溫度變化響應(yīng)也較慢 [1]。鉑熱電阻具有溫度測(cè)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(duì)氣體溫度測(cè)量時(shí)至少要幾秒鐘，在某些工作環(huán)境比較特殊的場(chǎng)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。但在特 殊的場(chǎng)合就不能達(dá)到快速檢測(cè)的要求，例如在氣體溫度測(cè)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(cè)量就有很大滯后。 通常用來測(cè)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。在某些特殊的場(chǎng)合對(duì)溫度的檢測(cè)速度有很高的要求，例如：在測(cè)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(cè)量要求 內(nèi)完成等。本設(shè)計(jì)最后對(duì)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。結(jié)合硬件電路給出了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，測(cè)溫精度可達(dá)到 ℃ 。快速算法思想是：在等時(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(cè)量的溫度值。 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(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 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(cè)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(cè)溫的算法實(shí)現(xiàn) ......................................... 3 熱電偶測(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(jiǎn)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(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 基于熱電偶溫度傳感器的高速測(cè)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(cè)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(cè)量的功能。 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。 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(cè)量溫度。 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(cè)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, 89C51m