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1、毕业设计论文题 目：热电偶自动检定系统热电偶自动检定系统摘 要 温度在各种工业生产和科学研究中的应用非常普遍，是一个非常重要的工业参数。在生产过程中能否对温度进行准确地测量直接影响工业产品的质量和生产的效率。 作为测温元件，热电偶被广泛应用于冶金、化工、电力、石油等工业生产部门。由于热电偶一般用于测量高温，工作环境的影响和长期地工作都将使其产生示值的漂移。为保证热电偶测量值的准确，以提高产品质量和生产效率，因此要对热电偶进行定时的校验和检定。热电偶可直接将温度转换成电信号, 所以很容易进行测量、放大, 这既有利于远距离传送, 集中管理, 也适合自动控制和微机监控。故热电偶自动检定系统将热电偶的
2、热电特性同计算机控制联系起来, 实现了热电偶检定的自动化。本设计采用单片机作为系统的智能核心，被测热电偶与标准热电偶捆绑后放入检定炉中，其输出引线通过补偿导线引入冰瓶中，进行冷端温度补偿；被测热电偶与标准热电偶各个检温点的热电势信号由低电势数据采集电路取得，并在采集电路中对其进行放大、A/D转换处理后，变成单片机能识别的数字量送入单片机处理；单片机通过执行程序，计算出被测偶与标偶的热电势的最大偏差，然后与允许的最大偏差相比较，判断出被测热电偶是否合格，完成对热电偶的自动检定 。关键词：温度；热电偶；自动检定；数据采集；数据处理Thermo-element automatic examinati
3、on systemAbstractTemperature in a variety of industrial production and the application of scientific research is very common, is a very important industrial parameters. In the production process is able to make accurate temperature measurement directly affect the quality of industrial products and p
4、roduction efficiency. As detectors. This thermocouple has been widely used in metallurgical, chemical, power, oil and other industrial sectors. As general thermocouples for measuring the heat, the working environment and the long-term impact of the work will produce the drift indication . To ensure
5、that the thermocouple measurements are accurate, and improve product quality and production efficiency. thus there is a need to conduct regular thermocouple calibration and testing. Thermocouple temperature can be directly converted into electrical signals, so it is easy to measure, zooming, which i
6、s conducive to long-distance transmission, centralized management, is also suitable for computer control and monitoring. Therefore thermocouple automatic verification system will thermocouple thermoelectric properties associated with computer control, Implementation of the thermocouple test automati
7、on.The design used as a microcontroller core of the intelligent, measured thermocouple bundled with the standard thermocouple after Add test furnace, Lead output through the introduction of compensation Traverse ice bottle, cold-temperature compensation; thermocouple measured with standard thermocou
8、ple temperature seized various points of thermoelectric power signal from low voltage data acquisition circuit acquisition, Acquisition Circuit and its amplification and A / D conversion processing, SCM can identify into the digital into the microprocessor; SCM through the implementation of procedur
9、es, calculated measured with dual standard of thermoelectric power of the maximum deviation, and then allow the deviation compared determine whether the measured thermocouple qualified on the completion of the thermocouple automatic verification. Key words: Temperature; Thermo-element; Automatic exa
10、mination; Data acquisition; Data processing目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题研究的意义11.1.1 课题的研究背景11.1.2 热电偶自动检定系统的功能11.1.3 热电偶自动检定系统的发展方向21.2 热电偶自动检定系统简介31.2.1 热电偶检定及检定方法31.2.2 热电偶自动检定系统的结构31.2.3 热电偶自动检定系统的工作原理51.3 本课题的研究内容7第二章 热电偶测温计及测量对象温度简介82.1 温度对象基本概念82.2 热电偶温度计及其测温原理92.2.1 热电偶测温的基本原理102.2.2 热电偶的基本定律
11、122.2.3 标准化热电偶132.2.4 热电偶的结构形式15第三章 系统硬件电路设计163.1 冷端温度补偿163.1.1 冷端温度补偿方法163.1.2 补偿方法选择183.2 信号放大电路设计183.2.1 信号放大电路功能183.2.2 信号放大电路的选择要求183.2.3 信号放大电路的类型183.2.4 信号放大器放大倍数的设定203.3 A/D转换系统设计213.3.1 TLC0832功能及特性简介213.3.2 TLC0832的连接电路223.4 显示接口电路设计233.4.1 LED数码管简介233.4.2 LED数码管驱动电路243.5 控制键盘的设计253.5.1 键盘
12、接口技术简介253.5.2 键盘电路形式273.5.3 键盘按键编码273.5.4 键盘监控方式283.5.5 系统功能键盘设计28第四章 热电偶检定系统程序设计294.1 A/D转换子程序294.1.1 A/D转换子程序设计方案294.1.2 A/D转换子程序功能实现304.2 线性化及标度变换子程序304.2.1 数据线性化处理概述304.2.2 线性化处理方法314.2.3 线性化处理及标度变换子程序设计方案334.3 处理子程序334.4 显示子程序（显示小数点后2位）354.4.1 显示子程序设计方案354.4.2 显示子程序功能364.5 主程序设计364.5.1 主程序的功能36
13、4.5.2 主程序设计方案37第五章 系统调试实验385.1 试验目的385.2 试验设备385.3 试验数据及数据处理385.4 结论38参考文献39附录A：热电偶自动检定系统硬件电路图40附录B：主程序流程图41附录C：处理子程序流程图42附录D：A/D转换子程序流程图43附录E：线性化及标度变换子程序流程图44附录F: 显示子程序流程图45附录G：键盘子程序流程图46附录H：热电偶自动检定系统程序设计47致 谢58第一章 绪论1.1 课题研究的意义1.1.1 课题的研究背景 随着时代的发展，热电偶在工业生产中应用越来越广泛，而其测量结果是否准确1也成为我们十分关注的问题，所以对热电偶进行
14、定期地检定便非常重要。 在传统的热电偶校验及检定方式中，都没有专用的设备，而是通过人工操作许多的检定仪器，来实现对热电偶的检定。这就导致了许多检定仪器的利用率很低，而且接线非常繁杂。如：检定炉温度控制系统多采用模拟PID控制算法，需要人工调整并依据经验做出判断，这对操作人员的能力要求非常高。同时，检定过程中数据的记录也是采用手工方式，由于检定耗时较长，在记录过程中温度往往已经偏离了检定点，并且对检定结果的处理运算量非常巨大。这些因素造成的测量误差已经直接影响到温度量值传递的准确性。由于传统的热电偶检定方式效率的低下而且精确度低，已无法满足现代化企业对温度计量上的需要，由此便给我们提出了新的研究
15、课题：要求我们设计一套只需工作人员作简单设定和接线后，便不再需要人参与，而由系统自动完成对热电偶检定工作的检定系统。1.1.2 热电偶自动检定系统的功能热电偶自动检定系统是一种集计算机或单片机技术、电子测量技术、自动控制技术于一体的自动化检定系统，该系统以单片机或微型计算机为主体，由低热电势多路数据采集装置，高稳定控温系统，显示单元和主控制软件构成，主要用于自动检定各种工作热电偶。整个检定过程除需要检定员将热电偶、热电阻捆扎、接线外，其余均在计算机控制下由系统自动完成。因此，可以实现对热电偶的快速检测，避免人为误差，提高了测量校验的准确度，并减轻了检定人员的劳动强度。故该系统可广泛用于计量、军
16、士、电力、石油、冶金、化工等部门。1.1.3 热电偶自动检定系统的发展方向自热电偶自动检定的课题提出以来，经过10多年的研究，热电偶自动检定技术已取得了长足的发展，某些国家已达到了很先进的水平。由于我国仪表技术起步比较晚，直到近几年来，在国家大力扶持下，我国的一些技术先进的仪器仪表厂家逐渐兴起，国内对热电偶自动检定技术的研究也进入了百家争鸣的时代，所研制的检定设备也层出不穷，花样不断翻新。就调研和查阅资料所得的信息来看，热电偶自动检定系统的研究将主要向两个方向发展:微处理器型这种类型的检定设备是以各种各样的微处理器为智能核心（如80C51单片机）,自组专用CPU系统，将检测、控制和数据处理等各
17、项功能设计在一块线路板上或一个机箱内。其特点是体积小，成本低，自动化仪表程度高。其缺点是开发阶段投资多，工作量大，线路复杂，专业性强，技术难度高，而且在显示及打印输出方面功能有限，故不易推广使用。通用微型计算机型这种类型的热电偶检定设备是直接利用目前迅速发展的微机控制技术进行开发。它通过专门设计的一个通信检测接口，利用计算机强大的智能控制和数据处理功能，结合可视化操作界面和高级程序设计语言，配合键盘、鼠标和打印机输入输出功能，实现对热电偶的自动检定。这种类型的检定系统的特点是开发环境优越，技术难度和工作量小，检定精度高，人机交互界面友好，功能齐全完善，故易于推广使用。其缺点是成本高，体积大，检
18、定系统会占用一定的微机资源。1.2 热电偶自动检定系统简介1.2.1 热电偶检定及检定方法所谓“检定”，是指为评定热电偶的热电特性是否合格而进行的全部工作。其中包括外观检查和在规定的温度点检查其热电动势的量值大小和稳定程度是否符合标准规范。热电偶的检定步骤和检定周期按国家计量部门制订的“检定规程”进行。热电偶的检定工作由分度前准备、分度和数据处理三部分组成(对于工业用热电偶的分度，人们也常称为检定和校验)。对热电偶进行检定，可采用以下三种方法。 双极比较法：将同分度号同种规格的正、负极偶丝焊接成热电偶，直接测量标准器与被检热电2偶的热电势。测量过程：将捆绑后的热电偶束插入炉膛内，并把热电偶的冷
19、端引入零度恒温器内。先使炉温恒定在检定点温度附近，然后开始依次读取标准偶与被测热电偶的热电势。每只热电偶数据读取23次。 同名极比较法：将同型号的标准热电偶与被检热电偶工作端捆在一起，在固定点上进行电极热电势的比较。测量过程与上述方法相同。微差法：将同型号的标准与被检热电偶反向串联，直接测量其热电势差值。1.2.2 热电偶自动检定系统的结构经调查考证：目前所研制出的热电偶自动检定设备主要分为2大类：微处理器型。这种类型的检定设备，以各种各样的单片机等微处理器为智能核心，组织外围电路，将检测、控制和数据处理等各项功能集成在了一块线路板上。这种类型的设备其系统原理构成如图1.1所示图1.1 热电偶
20、自动检定系统原理图微处理器型热电偶自动检定系统主要包括：80C51单片机、冰点瓶、放大电路、A/D转换芯片TLC0832、LED数码管等设备。它的优点是体积小，成本低，自动化仪表程度高。但因其开发阶段投资多，工作量大，线路复杂，专业性强，技术难度高，而且在显示及打印输出方面功能有限，故不易推广使用。通用微型计算机型。这种类型的热电偶检定设备，是直接利用目前迅速发展的微机控制技术进行开发的。通过专门设计的一个通信检测接口，将热电势多路数据采集装置与计算机相连，利用计算机强大的数据处理和控制功能，结合可视化操作界面，配合键盘、鼠标和打印机输入输出功能，实现对热电偶的自动检定。这种类型的设备其系统构
21、成如图1.2所示图1.2 热电偶自动检定系统原理图微型计算机型热电偶自动检定系统是以计算机为核心,包括了冰点瓶,防大电路,TLC0832，打印机以及检定炉控温系统等。它的优点是开发环境优越，采用高级语言进行编程，技术难度和工作量小，检定精度高，人机交互界面友好，功能齐全完善，故易于推广使用。本次设计中，考虑到微型计算机型热电偶自动检定系统的诸多优点，原设计思路是采用微型计算机型的设计方案，但介于条件的限制，缺少检测通信接口，而改选微处理器型的设计方案。1.2.3 热电偶自动检定系统的工作原理 检定方法本设计的检定系统采用同名级比较法对热电偶进行检定，将标偶与被测热电偶的2工作端捆绑后放入管式电
22、阻炉中，通过高稳定控温系统的控制，使电阻炉温度稳定在符合要求的检温点附近，然后分别对标准热电偶与被测热电偶进行采样，并将采集到的数据送入单片机中进行处理、存储。控温过程在对热电偶进行检定时，根据国家计量部门制订的“检定规程”规定，要求检定炉炉温达到所需的检定温度点士10范围内，且炉温变化每分钟不超过0. 2时，方可进行数聚采集。所以要对检定炉炉温进行控制。首先根据检定需要设置好各个检温点, 并由单片机通过串口1（串行通信端口）将其送给控温系统中的单片机, 控温系统根据测温热电偶的测量值与设定值（即检温点）的偏差大小进行一系列的PI,PID运算，输出结果控制可控硅调压器，调节电阻炉的输入电压，对
23、电阻炉的温度进行调节直至其稳定在规定的检温点温度允许误差范围内。 数据采集系统设计如图2.1所示，将标准热电偶与被测热电偶捆扎后放入检定炉中，标准热电偶和被测热电偶偶的引线与补偿导线相连，接点置于冰瓶，保持热电偶冷端温度为0。测量得到的热电势信号经补偿导线送入放大电路，放大至05V的标准电信号后，再由TLC0832的两个输入端送入到TLC0832，然后在A/D转换器中完成A/D转换，然后将转换完成的数字信号送入单片机进行处理。数据处理单片机通过控制TLC0832的启动,控制数据采集, 当检定炉温度稳定在规程规定范围内时（延时到检定炉温度稳定需要的时间时），单片机给TLC0832送启动信号，TL
24、C0832取得启动信号，采入相应的输入端口的数据，进行A/D转换，完成采集数据，然后送入单片机中进行处理。单片机取得采集到的数据后，对数据进行变换处理，得出标偶与被测偶的电压输出值并将其存储在一定的存储单元，当前检温点测量结束后，计算求出被测偶与标偶输出电压的最大偏差值，并与允许的极限偏差比较，判定出被测热电偶是否合格，并计算出被测热电偶的精确度。如式（2.1），（2.2）所示。 （2.1） （2.2）然后用LED显示器将这些数据显示出来，就完成了对热电偶的检定。1.3 本课题的研究内容 数据采集部分数据的采集是由硬件电路实现的。通过信号放大电路将热电偶的热电势放大到05V的标准信号，再由TL
25、C0832将模拟量转换成单片机能识别的数字量后在单片机中进行处理。这部分工作主要是搭建硬件电路。数据处理部分数据处理主要是在单片机或微型计算机里对采集的数据进行换算，转换为测量的电压值。这部分主要工作是编写程序。 加热炉控温系统由于热电偶自动检定系统要对设定的多个检温点分别进行测量检定。而且要求加热炉炉温必须达到规定的检定温度点士10范围内，且要求炉温变化每分钟不超过0. 2。这些功能由加热炉控温系统实现。 第二章 热电偶测温计及测量对象温度简介2.1 温度对象基本概念2.1.1 温度、温标 温度是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一，在物理学单位中占有重要的地3位。由于许多物质的特征参数与
26、温度有密切关系，因而温度计量在工业生产和科研活动中的地位举足轻重。尤其是生产企业，要想在激烈的市场竞争中立足，产品的质量和成本是两个决定性的因素，要做到高质量低成本，就必须在节能降耗上下功夫。因此，温度传感器、温度变送器在企业生产中的各个环节得到了广泛的应用，而这些温度计量器具是否准确就成为使用者十分关注的问题。因而导致了热电偶自动检定系统的研究的兴起！温标是温度的数值表示方法。各种温度计也必须先进行分度和标定才能使用。由于温度量值比较特殊，只能借助某种物理量的变化来间接地表示。温标就是利用一些物质的相平衡温度作为固定点刻在温度的“标尺”上，而固定点间的温度值利用一种称为“内插函数”的函数关系
27、来描述。而温度计、固定点、内插函数就是温标的三要素。温标分为：经验温标、热力学温标，国际温标。经验温标是借助某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验的方法建立的经验公式所确立的温标。如1714年德国人法伦海脱制定的华氏温标和1740年瑞典人摄氏制定的摄氏温标都是经验温标。经验温标的局限性和随意性的缺点使得它不能适用于任何场合，因而它不是科学的。热力学温标是物理学家开尔文提出的一种与工质无关的，纯理论的温标。热力学温标确立的温度数值称热力学温度（单位K）。但由于热力学温标的纯理论性，故无法直接实现。ITS-90国际温标1989年国际计量委员会批准的国际温度咨询委员会制定的新型温标。是以定义固定
28、点温度指定值以及这些固定点上分度过的标准仪器来实现热力学温标的。各固定点间的温度是依据内插公式使标准仪器示值与国际温标的温度值相联系。2.1.2 测温方法及温度测量计由于自然界许多的物质，其物理特性如长度，容积，电导率，热电势和辐射功率等都与温度有关，因而可以利用物质的这些物理特性制作出各种温度传感器，通过测量这些物质的某些物理参数的变化量间接的获得温度值。利用物质热膨胀与温度的关系固体膨胀，如双金属温度计；液体膨胀，如玻璃水银温度计气体膨胀，如压力表式温度计。利用金属或半导体电阻与温度的关系铜、铂等金属导体或半导体，当温度变化时其阻值也相应的发生变化，利用这一关系可制成各种电阻温度计。利用热
29、电效应两种不同的金属导体在两个端点上相互接触，当其两接点温度不同时，回路内就会产生热电势。热电偶温度计就是利用这一原理制成的。利用物质物体的辐射能与温度的关系物体的辐射能与温度存在着一定的关系，利用这一物理性质制成了各种辐射温度计，如光电温度计等。2.2 热电偶温度计及其测温原理热电偶温度计是一种将温度变化转换成电势变化的传感器，主要由热电偶、显示仪表和连接导线所组成。它被广泛用来测量2001300范围内的温度。热电偶具有性能稳定，结构简单，使用方便，经济耐用，体积小和容易维护等优点;通过热电偶能将温度信号转换成电信号，便于信号的远传和实现多点切换测量。因此在工业生产和科学研究领域中都广泛使用
30、热电偶来测量温度。2.2.1 热电偶测温的基本原理 热电偶测温的基本原理是基于金属导体的热电效应。热电效应产生的电势是由两4种不同效应引起的，即拍尔帖(Peltier)效应和汤姆逊(Thomson)效应。热电偶测温的原理如图2.1所示图2.1热电偶测温原理图塞贝克效应热电偶是由两种成分不同的导体(或半导体)连接在一起构成的感温元件。在由两种导体A, B组成的闭合回路见图2.1中，如果两端结点的温度不同，在回路中就将产生一定大小的电流，这个电流的大小与导体材料的性质以及结点温度有关。一般常把上述现象称为塞贝克(Seebeek)热电效应。热电效应产生的电势的方向和大小，取决于两个接点的温度和组成热
31、电偶的材料。当两接点的温度分别为T, T。时，回路的热电势如式（2.1）所示 (2.1)式中，为两接点的分热电势;T, T。为两接点所处的温度;A, B为两种热电极材料。拍尔帖效应各种导体中都存在着大量的自由电子，不同导体自由电子的密度也不同，当两种金属连接在一起时，在结点处就要发生电子扩散，电子密度大的金属的自由电子就要向电子密度小的导体扩散。这时电子密度大的金属由于失去电子而具有正电位;相反，电子密度小的金属由于获得了扩散来的多余电子而带负电，这种扩散一直到动态平衡为止。 此时具有一定的稳定的接触电势，该接触电势除与材料的性质有关外，还与结点温度有关。所以回路中的总接触电势如式（2.2）：
32、 (2.2)式（2.2）中，为A, B两种材料在温度为T时的接触电势:K为波尔兹曼常数;e为电子荷; 为材料A和B在温度为T时的自由电子密度。白汤姆逊效应对于单一均质导体，当两端温度不同时，两端也将有一定大小的电势。产生的原因是，在不同温度下，自由电子具有不同的动能，温度高时能动大，动能大的电子就会向温度较低的一端跑去，所以在同一导体内当两端温度不同时，两端也会产生一定大小的电位差(汤姆逊电势)。此现象称为汤姆逊效应(是可逆的)。两种材料A,B构成的热电偶产生的总热电势包括两个拍尔帖电势和两个汤姆逊电势，为四个热电势代数和，如式（2.3）所示： ( 2.3 )上式简化后得式（2.4）。 ( 2
33、.4 )即热电偶在两端存在温度差时，其输出的热电势是两个温度函数的差，如果其中一个温度(例如参考端)为0时，则其热电势与待测温度T呈单值函数关系。2.2.2 热电偶的基本定律热电偶在测温时，需要解决一系列的实际问题，以下的几个定律，将为解决这些问题提供了理论上的依据。匀质导体定律有一种匀质导体所组成的闭合回路，不论道题的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。这一定律说明，热电偶必须采用两种不同材料的到体组成，则热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与沿热电极的温度分布无关。如果热电偶的热电极是非匀质导体，在不均匀的温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料的均匀性是衡量热电偶
34、质量的重要技术指标之一。中间导体定律在热电偶回路中，冷端断开接入与A,B电极不同的另一种导体，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路的总热电势不受中间导体接入的影响。连接导体定律如图2.2所示，在热电偶回路中热电极A,B分别与连接导体和相接，其接点温度分别为T, 和。图2.2 连接补偿导线的热电偶回路则回路中的总热电势等于热电偶的热电势与连接导体的热电势之代数和。这就是连接导体定律，即 (2.5)连接导体定律为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论依据。只要选配在100以下与热电偶热电特性相同的补偿导线，便可使热电偶的参比端延长，使之远离热源到达一个温度相对稳定的地方而不影响测温的准确度。2.
35、2.3 标准化热电偶标准化热电偶是指工艺上比较成熟，能批量生产性能稳定应用广泛，具有统一的分度表，并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。表转化热电偶可以互相交换，精度有一定的保证。国际电工委员会（IEC）共推荐了8种标转热电偶，标准化热电偶的名称，分度号，测量范围，精确度等级及允许偏差如图表2.1所示。 表2.15热电偶名称分度号热电偶识别E(100,0)（mV）测温范围（）对分度表允许偏差（）新极性识别长期短期等级使用温度允差铂铑10-铂S正亮白较硬0.646013001600III6001.5负亮白柔软6000.25%t铂铑13-铂R正较硬0.647013001600II11000.25%
36、t铂铑30-铂B正较硬0.33016001800III6009004负稍软8000.5%t镍铬-镍硅K正不亲磁4.096012001300II-4013002.5负稍亲磁III-200-402.5镍铬硅-镍硅N正不亲磁2.774-20012001300I-401100-1.5负稍亲磁II-4013002.5镍铬-康铜E正暗绿6.319-200760850II409002.5负亮黄III-200402.5铜-康铜T正红色4.279-200350400II-403501负银白色III-200401铁-康铜J正亲磁5.269-200600750II-407502.5负不亲磁非标准化热电偶的发展很快，
37、主要目的是进一步扩展高温的测量范围和低温的测量范围。但对这一类热电偶的研究还不够成熟，虽然已经有产品，且能够使用，但还没有统一的分度表。2.2.4 热电偶的结构形式普通型装配式结构普通型装配热电偶由热电极、绝缘套管、外保护套管和接线盒组成。贵重金属热电极直径不大于0.5mm，廉价金属热电极直径一般为0.53.2mm；绝缘套管一般为单孔或双孔瓷管；外保护套管要求气密性好，有足够的机械强度，还要求有良好的导热性和稳定的物理化学特性，最常用的材料为铜及铜合金、钢和不锈钢及陶瓷材料等。整支热电偶的长度由安装条件和插入深度决定，一般为3502000mm。柔性安装性铠装结构 铠装热电偶的测温元件是将热电偶
38、丝、绝缘材料（氧化镁粉等）和金属保护套管三者组合装配后，经拉伸加工而成的一种坚实的组合体。它的外径一般为0.58mm，其长度可以根据需要截取。铠装热电偶测量端的热容量小，响应速度快，扰性好，可弯曲，可以安装在狭窄或结构复杂的测量场合，而且耐压、耐振、耐冲击，因此在多种领域得到了广泛的应用。第三章 系统硬件电路设计这套系统的设计选用了微处理器型热电偶自动检定系统的方案。以单片机为智能核心，组织外围电路。通过单片机对主控软件的执行。共同完成对热电偶的检定。3.1 冷端温度补偿根据公式可知当自由端温度饱尺恒定时，则热电偶热电势就变成了工作端温度的单值函数。而我们经常使用的分度表和显示仪表都是以热电偶
39、自由端温度位0时制定的。但实际使用热电偶时，往往 由于环境和现场条件等限制，自由端温度不能保持在0，因此 需要对热电偶冷端温度进行补偿或修正。3.1.1 冷端温度补偿方法自由端保持为0的方法常用的冰点瓶是在保温瓶内盛满冰水混合物，将标准热电偶与被测热电偶引线与补偿导线的接点插入玻璃试管中，然后把玻璃试管放入盛满冰水混合物的冰点瓶中。为了保持热电偶自由端温度为0，插入的玻璃试管要有足够的深度，保温瓶内要有足够数量的冰块。并且为了防止短路，热电极丝要分别插入各自的玻璃试管中然后放入冰点瓶的。自由端温度补偿电桥自由端温度补偿器是一个不平衡电桥，他的输出端与热电偶串联。补偿器与热电偶回路的连接如图3.
40、1所示 ：图3.1 补偿电桥电路图自由端温度补偿器中R1=R2=R3=1，用锰铜丝绕制，其电阻值不随温度变化 。R4用铜导线绕制，其阻值随温度变化。当温度为20时，使R4=1，R5为供配-用不同热电偶时调整补偿器的供电电压之用。当温度为20时，R1=R2=R3= R4，桥路平衡，,a,b端没有电压输出。当温度不等于20时，a,b两端就会有一个不平衡电压输出。因此使用此热电偶补偿器时，必须把显示仪表的起始点调到20的位置。软件补偿法软件补偿法是在计算机或单片机里对热电偶自由端温度非0时的电势值补偿到自由端温度等于0时的热电势。可以先将热电偶自由端安放在一个温度稳定的地方，这样冷端温度便成了固定值
41、，这样送入到计算机或单片机中的热电势虽然不是自由端温度为0的热电势，但通过CPU的运算,对采得的数据根据一定的算法进行补偿。运算公式如式（3.1）所示：。 （3.1）3.1.2 补偿方法选择考虑到本系统的设计主要是用来对新的或使用中的热电偶进行校验检定，这些工作是在实验室中进行的，而实验室的环境比较容易控制，而且变化不大，可以采用冰点瓶的方法进行补偿。冰点瓶设备结构简单，而且它能够很好的达到对冷端温度补偿的目的，完全能够满足系统对温度补偿的要求。所以本系统采用冰点瓶来实现温度补偿。3.2 信号放大电路设计3.2.1 信号放大电路功能在测量控制系统中，测量放大电路用来将传感器输出的微弱电压、电流
42、或电和信号放大到足以进行各种转换处理，或推动指示器、记录器以及各种控制机构。3.2.2 信号放大电路的选择要求由于传感器输出的电信号是很微弱的，且与电路间的连接具有一定的距离。就要用电缆传送输出信号。传感器有内阻，电缆有电阻，这些电阻和放大电路产生的噪音，以及环境噪声都会对放大电路造成干扰，影响它的正常工作。因此对测量放大电路的基本要求是：测量放大电路的输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；稳定的放大倍数；低噪声；低的输入失调电压和输入失调电流，以及低的漂移；足够的带宽和转换速率；高共模输入范围和高共模抑制比；可调的闭环增益；线性好、精度高；成本低。3.2.3 信号放大电路的类型按测量放大电路的结
43、构原理可分为：差动直接耦合式、调制式和自动稳定式三大类。差动直接耦合时包括了单端输入（同相或反相）运算放大电路、电桥放大电路、电荷放大电路等测量放大电路。按元件的制造方式可分为：分立元件结构形式、通用集成运算放大器组成形式和单片集成测量放大器三种。相比而言，通用集成运算放大器组成形式具有体积小、精度高、调节方便、性价比高的优点，单片集成测量放大器的 体积更小、精度更高、使用更为方便，但价格昂贵。但随着集成工艺的发展，单片集成测量放大器的价格将大大降低，性能越来越好，在工艺生产中日益广泛。系统中热电偶测得的热电势信号为毫伏级，而TLC0832的输入极信号是05V的标准电信号，所以也需要通过放大电
44、路将热电势信号放大到05V的标准电信号，才能送给TLC0832进行A/D转换。这里选用三运放高共模抑制比放大电路如图3.1来对信号进行放大处理图3.1 三运放高共模抑制比放大电路图三运放高共模抑制比放大电路是目前广泛应用的放大电路。他由3个集成运算放大器组成，其中N1,N2为两个性能一致（主要指输入阻抗、共模抑制比和增益）的同相输入通用集成放大器，构成平衡对称（或称同相并联型）差动放大输入级，N3构成双端输入单端输出的输出级用来进一步抑制N1,N2的共模信号，并适应接地负载的需求。3.2.4 信号放大器放大倍数的设定本系统选用镍铬硅-镍硅（N型）热电偶为特例作为被校对象来设计。选取（N型）热电
45、偶（01000）作为系统的检温段。查表得N型热电偶(01000)对应的热电势为(036.25mv),要将(036.25mv)的输出热电势放大为05V标准信号，则要： （3.2）由式（3.2）计算得到 放大倍数：K=138，a=0绘制得 ：折线非线性补偿图如图3.2所示图3.2 折线非线性补偿图3.3 A/D转换系统设计系统选用TLC0832作为A/D转换器，TLC0832是单片机控制系统中常用的A/D转换芯片，它有2个输入端口，可以分别与标准热电偶和被测热电偶的测得信号的输出引线相连，我们通过对TLC0832多路器地址的配置选择转换通道，就可以分别对标准热电偶和被测热电偶的热电势信号依次在TLC0832中进行A/D转换，转换完成后得到的数字信号再送到单片机处理。3.3.1 TLC0832功能及特性简介
