基于单片机的热电偶测温系统.doc

基于单片机的热电偶测温系统一设计简述本文设计了基于单片机的热电偶测温系统,介绍了热电偶的测温原理,热电偶冷端补偿方法,简单设计了硬件电路,信号放大电路采用放大器 LTC2053 将热电偶的输出 mv 型号放大,再经过 ICL7109 转换器转换为 12 位的数字信号, 输入给单片机,驱动数码管显示电路显示 4位温度值。扩展部分有键盘电路和报警电路。软件部分设计了转换器和键盘及显示电路。关键字: 热电偶; LTC2053 放大器; ICL7109 转换器;数码管二设计内容随着人们生活水平的提高,人们对家用电子产品的智能化、多功能化提出了更高的要求,而电子技术的飞速发展使得单片机在各种家用电子产品领域中的应用越来越广泛。把以单片机为核心,开发出来的各种测量及控制系统作为家用电子产品的一个组成部分嵌入其中,使其更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用, 更具时代感,这是家用电子产品的发展方向和趋势所在。有的家用电器领域要求增加显示、报警和自动诊断等功能。这就要求我们的生产具有自动控制系统,自动控制主要是由计算机的离线控制和在线控制来实现的,离线应用包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作;在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路使控制系统“软化”,使计算机位于其中,并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分,这类控制由于计算机要身处其中,因此对计算机有体积小、功耗低、价格廉以及控制功能强有很高的要求,为满足这些要求,应当使用单片机。 2热电偶测温原理 热电效应将两种不同成分的导体组成一闭合回路,如图 1所示。图1 当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时,回路中将产生一个电势,该电势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关,这种现象称为“热电效应”。 A和B两种不同材料的导体接触时,由于电子的扩散运动,A与B两导体的接触处产生了电位差,称为接触电势。接触电势的大小与导体材料、接点的温度有关,与导体的直径、长度及几何形状无关。对于温度分别为 t和 t0的两接点,可得下列接触电势公式:(温度为 t时的接触电势,温度为 t0时的接触电势) e AB (T0)=U At0-U Bt0 t、 t0 中,在导体内部,热端自由电子具有较大的动能,向冷端移动,这样,导体两端便产生了电势,这个电势称为温差电势。导体 A、B在两端温度分别为 t和 t0时形成的电势 e A (t,t 0 )=U At–U At0 e B (t,t 0 )=U Bt–U Bt0 A和B组成的热电偶的两接点分别放在 t和 t0中,热电耦的电势为: E AB (t,t 0 )=e AB (t)-e AB (t 0 )-e A (t,t 0 )-e B (t,t 0) 由于接触电势比温差电势大的多,可将温差电势忽略掉,则热电偶的电势为 E AB (t,t 0 )=e AB (T)- e AB (T 0) (AB 的顺序表示电势的方向;当改变脚注的顺序时,电势前面的符号(正、负号)也应随之改变)综上所述,可以得出以下结论: 热电偶热电势的大小,只与组成热电偶的材料和两接点的温度有关,而与热电偶的形状尺寸无关,当热电偶两电极材料固定后,热电势便是两接点电势差。 ,无论接点的温度如何,热电势为零。 ,只要第三种导体的两接点温度相同,则热电偶的热电势不变。图2 在热电偶中接入第三种导体 C,设导体 A与B接点处的温度为 t,A与C、 B与C两接点处的温度为 t0,则回路中的热电势为: 热电偶的这种性质可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器,也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面测量。 ,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势也就已知。图3 如图所示,导体 A、B 分别与标准电极 C 组成热电偶,若它们所产生的热电势也就已知,即 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ABC AB AB BC t t t t t E e e e ?= - - 0 ( ) ( ) AB AB t t e e = - 0 0 ( ) ( ) ( ) AC Ac Ac t t t t E e e = - ? 0