智能温度测量仪表的研究与设计文档格式.docx
- 文档编号:13251071
- 上传时间:2022-10-08
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:449.48KB
智能温度测量仪表的研究与设计文档格式.docx
《智能温度测量仪表的研究与设计文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《智能温度测量仪表的研究与设计文档格式.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
路青起
学科专业:
电子信息工程
学位类别:
工学学士
2011年06月
本科毕业设计(论文)
院(系):
电子信息工程学院
专业:
电子信息工程
班级:
070403
学生:
徐思维
学号:
070403120
路青起
2011年6月
摘要
温度是一个重要的测量参数,并且热电偶具有测温范围广、准确度高和成本低等优点,使其成为工业应用中温度测量的第一选择。
为准确测量温度,本论文将热电偶测温技术与单片机技术结合起来,设计了数字式智能测温仪表,该仪表采用单片机芯片AT89C51作为微处理器,K-型热电偶(镍铬一镍硅)作为温度传感器,数字温度传感器DS18B20进行K-型热电偶冷端温度的测量,以对热电偶进行冷端补偿,以便准确测量其温度。
该论文主要由智能温度测量仪表的硬件设计、软件设计两个部分组成。
在本论文中,首先设计了智能温度测量仪表的硬件。
智能测温仪表硬件电路由五个主要部分组成:
单片机、A/D转换器、信号调理电路、液晶显示电路及键盘输入。
分别介绍了各组成部分的主要所用芯片,并设计了其接口电路。
整个软件设计中主要包括系统主程序的设计、键盘显示子程序以及数据采集等模块组成,测温程序适用于AT89C51单片机。
最后分析了K-型热电偶的基本知识,设计了K-型热电偶的电路,采用数字温度传感器DS18B20解决了K型热电偶的冷端补偿问题。
关键词:
智能仪表,K型热电偶,温度测量,冷端补偿
Intelligenttemperaturemeasuringinstrumentresearchanddesign
Abstract
Temperatureisanimportantmeasurementparameters,andawiderangeofthermocoupletemperaturemeasurementwithhighaccuracyandlowcost,makingitthetemperaturemeasurementinindustrialapplications,thefirstchoice.Inordertoaccuratelymeasuretemperature,thermocoupletemperaturemeasurementinthisthesiscombinedwithmicrocontrollertechnology,thedesignofthedigitalsmartThermometer,theinstrumentusedasasinglechipmicroprocessorAT89C51,K-typethermocouple(Ni-anickelchromiumsilicon)asatemperaturesensor,digitaltemperaturesensorDS18B20theK-typethermocouplecoldjunctiontemperaturemeasurementtocompensateforthermocouplecoldjunctioninordertoaccuratelymeasureitstemperature.Thepaperbyintelligenttemperaturemeasuringinstrumenthardwaredesign,softwaredesignoftwoparts.Inthisthesis,thedesignofintelligenttemperaturemeasuringinstrumenthardware.IntelligentThermometerhardwareconsistsoffivemaincomponents:
microcontroller,A/Dconverter,signalconditioningcircuits,liquidcrystaldisplaycircuitandkeyboardinput.Introducedthemaincomponentsusedinchipanditsinterfacecircuitdesign.Thesoftwaredesignincludingsystemdesignofthemainprogram,thekeyboarddisplayroutines,anddataacquisitionmodules,temperatureprogramforAT89C51microcontroller.FinallyabasicknowledgeofK-typethermocouple,K-typethermocoupledesignedcircuit,digitaltemperaturesensortosolvetheK-typethermocoupleDS18B20coldjunctioncompensationissues.
Keywords:
intelligentinstruments,K-typethermocouples,temperaturemeasurement,coldjunctioncompensation.
第1章绪论
1.1研究背景和意义
1.1.1研究背景
温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
温度是人类生产活动,科学实验,日常生活需要大量进下的测量的一个非常重要的物理量。
温度测量的历史:
第一个温度传感器是由伽利略设计的。
在他之后,温度测量的一个重要里程碑,由法勒海特(Fahrenheit)在1706年设计制造的水银温度计。
该温度计以水银为测温介质,制成玻璃水银温度计,选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度,人体温度为温度计的100度,把水银温度计从0度到l00度按水银的体积膨胀距离分成100份,每一份为1华氏度,记作“1℉”。
AndersCelsius(1701-1744),其结冰点是0°
C,沸点为100°
C。
1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下,把冰水混合物的温度规定为0度,水的沸腾温度规定为100度。
根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。
两点间作100等分,每一份称为1摄氏度。
记作1℃。
温度测量方法分为两类:
接触式和非接触式。
温度传感器的发展经历了三个阶段:
分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、数字温度传感器。
热电偶、热电阻、半导体温度传感器都属于分立式温度传感器,其本身就是一个完整、独立的感温原件。
热电偶则是利用热电效应将温度直接转换成电势,是一种能量转换型温度传感器。
并且热电偶具有准确度比较高,测量范围广,成本低廉等优点。
但是由于温度目标测量范围较大,各方面条件而限制不能较好的提高测量精度。
因此,如何提高热电偶测量精度成为当今测温研究的一个方向与重点。
1.1.2研究意义
温度是一个相当重要的物理量,是国际单位制中的七个基本单位之一,同时也是工业生产中主要的工艺参数之一。
但是要正确的测量温度是很困难的,无论采用准确度多么高的传感器,假如传感器选择不正确,或者测温方法选择不适宜,都有可能得不到令人满意的效果。
在实际使用中,因为受到各种因素的影响,热电偶的温度和热电势之间呈非线性关系。
实际使用中常采用查表法或者线性插值法进行线形校正。
查表法是将热电偶整个动态范围内的非线性热电曲线存于内存中,根据热电偶的输出电动势,查表匹配来获得测量温度。
但是热电偶产生的热电动势是测量端得温度和参考端的函数差,因此如果参考端的温度是变化的,那么测量误差也就是一个变量,影响了测量的准确度。
因此在本论文中尝试使用数字温度传感器DS18B20作为其冷
端补偿,以修正测量温度,求得实际的温度。
1.2研究现状及发展趋势
1.2.1国内外测温研究现状
随着国内外工业的日益发展,温度测量技术也有了长足地进步。
目前的温度检测包括以下方法:
1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计
利用这种原理制成的温度计大致分成三大类:
双金属温度计、玻璃温度计以及压力式温度计。
2)利用热辐射原理制成的高温计
热辐射高温计通常分为两种:
一种是单色辐射高温计,称为光学高温计;
另一种是全辐射高温计,其工作原理是物体吸收热辐射后,视物体本身的性质,
能将它吸收、透过或反射。
3)利用热电效应技术制成的温度检测元件
利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。
由于其具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度较高、热惯性小等特点,因此被广泛作为温度传感器的敏感元件。
4)利用热阻效应技术制成的温度计
用此技术制成的温度计大致可分成以下几种:
电阻测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏元件。
l.由点到线、由线到面温度分布的测温技术
(l)多芯热电偶。
传统的温度测量可称为对某一“点”的温度测量。
如用热电偶测量炉窑温度,只能给出测量端所处的温度。
但是了解整个炉内温度分布是十分必要的,所以采用多芯恺装热电偶,可以分布式测量炉内环境温度。
(2)光纤式温度分布测量装置。
光纤式温度分布测量装置是用一只传感器就能测出线状温度分布的一种新型传感器件。
该装置的基本原理是将激光脉冲射到光纤中,依据到达各处返回的散射光中的斯托克及反斯托克光之比,求其温度。
这种光纤式温度分布测量装置可以测得最远30km以内的温度分布。
光纤温度测量装置由于用光纤传输或敏感温度,具有电磁绝缘性好、高灵敏度、体积小、重量轻,便于在特殊场合下安装等特点。
(3)用辐射温度计或热像仪测量表面温度分布。
对于被测表面的温度测量与控制,可以选用热像仪或辐射温度计测量。
(4)用长热电偶测量表面温度分布。
对于步进式加热炉等炉内温度的测量,通常将热电偶焊接或铆接在耐热物体上,然后逐渐向炉内移动测量温度。
(5)用耐热数据记录仪与短热电偶相结合测量表面温度分布。
将小型半导体存储装置放入耐热容器内,并与短热电偶一起随物体放入炉内,就可以很方便的测量炉内温度分布。
2、由表面到内部、深部的测温技术
对于物体内部温度,可以将带有保护管的温度传感器插入物体内部测量。
但是,有时却受到很多制约,有时不能直接插入。
例如测量人体体温的温度计,温度计中间有绝缘层,上下各有一个热敏电阻,并在其上放一个加热器。
如将此温度计放在人体表面上,因此在上、下热敏电阻间有温度差,所以要用加热器加热来消除温度差。
在内部附有发热体的物体中,热量将由内向外扩散,因此表面温度要比内部温度低,其间有温度差。
因此,在加热物体的表面,如能消除此温度梯度,就能测量出便可知内部温度。
应用上述原理,欲测量工程管道内的流体温度,在此不用加热器,而在管道内部安放一块与管道具有相同材质的垫片。
其外部再缠绕保温材料,用此方法减少或尽量消除温度梯度。
这种管道包括垫片在内与内部流体的温度梯度将
3、由有线到无线的测温技术
传统的高热温度计均由热电偶、补偿导线以及显示仪表组成,即测温元件与仪表间具有不可分割的联系。
通常都是采用带有电缆的有线连接方式。
然而对于旋转或移动的物体温度进行检测时,则遇到很大障碍,因此
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 智能 温度 测量 仪表 研究 设计