【正文】 ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 測溫方法分類及其特點 根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。因此，接觸式測溫一方面有測溫精度相對較高，直觀可靠及測溫儀表價格相對較低等優(yōu)點，另一方面也存在由于感溫元件與被測介質直接接觸，從而影響被測介質熱平衡狀態(tài)，而接觸不良則會增加測溫誤差 ；被測介質具有腐蝕性及溫度太高亦將嚴重影響感溫元件性能和壽命等缺點。 非接觸式溫度測量特點是感溫元件不與被測對象直接接觸，而是通過接受被測物體的熱輻射能實現(xiàn)熱交換，據(jù)此測出被測對象的溫度。兩類測溫方法的主要特點如下表 11 所示。被測對象不對感溫元件產(chǎn)生腐蝕 需準確知道被測對象表面發(fā)射率；被測對 象的輻射能充分照射到檢測元件上 測量 范圍 特別適合 1200℃ 以下、熱容大、無腐蝕性對象的連續(xù)在線測溫，對高于 l 300℃ 以上的溫度測量較困難 原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但 1000℃ 以下，測量誤差大，能測運動物體和熱容小的物體溫度 精 度 工業(yè)用表通常為 、 、 及 級， 實驗室用表可達 通常為 、 、 級 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 93 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 級 響應 速度 慢，通常為幾十秒到幾分鐘 快，通常為 2～ 3 秒鐘 其它 特點 整個測溫系統(tǒng)結構簡單、體積小、可靠、維護方便、價格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測物體實際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng) 整個測溫系統(tǒng)結構復雜、體積大、調整麻煩、價格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測物體表現(xiàn)溫度 (需進一步轉換 )；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制裝置 熱阻式測溫方法 基于熱電阻測溫原理是根據(jù)金屬導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性 質，將電阻值的變化轉換為電信號，從而達到測溫的目的。 熱電阻測溫的優(yōu)點是信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可以遠傳（與熱電偶相比）、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準確度高，可以用作基準儀表。常用鉑電阻傳感器。國標 ITS 一 90 規(guī)定，在 259． 34～ 630． 74℃ 溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計作為基準溫度儀器。鉑電阻與溫度的關系： 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 93 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 式中 R0 為溫度為零時鉑熱電阻的電阻值（ Ptl00 為 100， Ptl0 為 10）； R（ t） 為溫度為 t 時鉑熱電阻 的電阻值； 顯然鉑電阻適合用于高精度、較寬溫度范圍的測量。特別是在高性能、高精度的器件的生產(chǎn)、標準檢測領域的應用、高要求的實驗環(huán)境的建立等方面，都有高精度溫度控制儀表的需求。然而即使是同種條件、工藝下生產(chǎn)出來的傳感器件，它們的性能指標也不盡相同。 我國從 1991 年 7 月 1 日起開始對各級標準溫度計進行改值，整個工業(yè)測溫儀表的改值在 1993年年底前全部完成，并從 1994 年元旦開始全面推行 ITS 一 90 新溫標。標準值法就是用適當?shù)姆椒ń⑵鹨幌盗袊H溫標定義的固定溫度點 (恒溫 )作標準值，把被標定溫度計 (或傳感器 )依次置于這些標準溫度值之下，記錄下溫度計的相應示值 (或傳感器的輸出 )，并根據(jù)國際溫標規(guī)定的內(nèi)插公式對溫度計 (傳感器 )的分度 進行對比記錄，從而完成對溫度計的檢定；被檢定后的溫度計可作為標準溫度計來測溫度。 本論文主要討論高精度的恒溫槽的溫度控制系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)能用于熱電阻溫度器件的檢定。現(xiàn)場溫度控制儀表主要用 于建立標準的高精度溫度場，并在標準溫度下測量標準熱電阻和被檢定熱電阻的阻值然后傳送到上位機。 現(xiàn)場溫度控制儀表： (1) 溫度的測量和顯示功能：對于恒溫槽的溫度的實時測量，顯示實際的測量溫度以及目標控制溫度的值。 (3) 溫度控制功能：輸出控制 采用可控硅調相調功方式，確保恒溫槽建立的溫度精度能滿足要求的指標； (4) 遠程通信功能：現(xiàn)場溫度控制儀表可以把測得的溫度的值、工作參數(shù)、被測鉑電阻的電阻值傳送給上位機。 上位機程序： (1) 串口通信功能：從 PC 機串口讀取現(xiàn)場儀表傳送上來的各項數(shù)據(jù)。 (3) 歷史數(shù)據(jù)的保存：把下位機傳送上來的數(shù)據(jù)按年、月 、日保存在 PC 機中可以供以后調檔查看 (4) 打印功能：可以打印歷史數(shù)據(jù)，溫度曲線。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 93 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 溫度控制系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng)總體方案設計 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 93 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 系統(tǒng)可以分為兩個部分：上位機軟件以及現(xiàn)場溫度控制儀表。 上位機實現(xiàn)的主要功能是接收下位機的數(shù)據(jù)，并在 PC 機上顯示和保存，同時還能提供歷史數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)圖表的打印等功能 。 測量模塊方案的選擇 [4] 常用的鉑電阻測量的方法主要有 2 種：利用單電橋來測量電阻的阻值的變化；利用高精度的恒流源電位壓將法來測量電阻的變化?！?以上的精度的話，電橋本身的非線性，以及被測電阻接入單電橋作為一個橋臂以后，該 橋臂中的接線電阻和接觸電阻的數(shù)值可能與引起最小溫度變化所對應的阻值在同一數(shù)量級， 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 93 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 甚至還要大些。 恒流源壓降法是一個恒流源與一個被測電阻相串聯(lián)，通過測量電阻兩端的壓降就可以計算出被測電阻的阻值?，F(xiàn)在的帶隙電壓源以及齊納穩(wěn)壓二極管都能生成很高精度的電壓源能夠滿足實際的測量要求的精度，所以前端測量模塊電路采用選用恒流源壓降法。一般來講，常用的顯示器件有：發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）。它又可分為 LED 數(shù)碼管顯示器和 LED 點陣顯示器兩種。 LED 點陣顯示器常用 88 點陣圖形來顯示字符，可顯示的內(nèi)容比 LED 數(shù)碼管顯示器豐富。 液晶顯示器是 利用液晶的物理特性來實現(xiàn)顯示的。按照顯示性能，液晶顯示器可分為段行顯示、點陣顯示、字符顯示等。與其他顯示器件相比較，液晶顯示器有以下特點： 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 93 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ z 由于液晶的像素可以做的很小、很精細，因此顯示同樣的參數(shù)，液晶顯示器的體積更小、更??； z 工作電壓低，功耗小。液晶材料是有機高分子合成材料，具有極高的純度，而且其他材料也都是高純物質，在極凈化的條件下制造而成。 由于液晶顯示器，顯示比較靈活，與 LED 相比能夠實現(xiàn)更加友好的人機對話，而且液晶顯示器的功耗更小所以在現(xiàn)場溫控儀表中選用 LCD 作為人機交互的界面顯示。滿足這個要求的常用的是機械繼電器輸出控制電路和可控硅輸出控制電路?？煽毓栎敵隹刂平涌陔娐废鄬碗s，其優(yōu)點就是開關無觸點，壽命長、開關響應時間短，控制方式靈活，可以根據(jù)不同的情況選用不同的觸發(fā)方式來進行控制。 電源主處理器模塊 根據(jù)各模塊的電壓需求，一共需 要 4 組直流電源： +12V*2， +5V*2。 5V 電源中的一組為測量模塊供電，另一組用于其他各個模塊。 8051 單片機是目前國內(nèi)外工業(yè)測量控制領域內(nèi)使用極為廣泛的一類 8 位微 控制器，它的特點是使用方便靈活，外圍硬件支持十分豐富，世界上許多大半導體廠商，如： Atmel、 Analog Device、 Dallas 、 Infineon、 Philips、 SST、 TI 等公司都推出了具有各自特點的增強型 8051 系列單片機，現(xiàn)共有 100 多種的型號可供選擇。而且 P89C51RD2 片內(nèi)自帶了看門狗，這不僅節(jié)約了 芯片的外部接口，而且還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實際調試采用 MICETEK 的 EasyProbe 8052F Plus 仿真頭，所以調試軟件只能選用 CodeCruiser For 51，但是 CodeCruiser For 51 軟件僅能較好的支持匯編語言的編譯調試，對于 C 語言的編譯則相當?shù)牟睿倚实汀?μVision2 具有強大的項目管理功能，項目中包括源程序文件、開發(fā)工具選項以及編程說明等。 Keil C 編譯器具有如下優(yōu)越性： 1． C51 源程序經(jīng)過優(yōu)化后生成的代碼，其效率接近于匯編語言生成的代碼。 3． 無論在有無工作寄存器區(qū)轉換的情況下，編譯器都能產(chǎn)生快速中斷代碼。 5． 支持再入功能和寄存器 區(qū)的獨立代碼，便于中斷服務程序和多任務應用程序的執(zhí)行。 下位機的調試軟件選用 Keil C 與 CodeCruiser For 51 相配合使用。 VC 是微軟推出的在 Windows 操作系統(tǒng)上 建立應用程序的編程軟件。 VC++自帶的類庫，即 Microsoft Foundation Classes（ MFC）已經(jīng)成為許多 C++編譯器進行 Windows 軟件開發(fā)的工業(yè)標準。 第三章 現(xiàn)場溫度控制儀表的電路設計 本章主要介紹現(xiàn)場溫度控制儀表的硬件電路 設計，現(xiàn)場溫度控制儀表的硬件電路共分為 5 個模塊：前端測量模塊、 LCD+按鍵的人機交互模塊、后端可控硅輸出控制模塊、電源主處理器模塊和通信模塊。測量模塊的測溫精度決定了整個系統(tǒng)的精度；測量的結果又是溫度控制系統(tǒng)進行控制的依據(jù)，也是檢驗溫度控制效果的依據(jù)。 精密直流電流源電路的設計 精密直流電流源電路 [7] 測量電路首先的任務就是把前端熱電 阻變化（ ΔRt）線性的轉換成電壓的變化（ ΔVt）即： 由式（ 31）可以看出當 It 為常數(shù)時，電壓的變化（ ΔVt）只與電阻變化（ ΔRt）相關，所以這就需要一個高精度的、穩(wěn)定性好的恒流源 It。電阻 R7(t