智能便携式温度仪

　　1　引　　言

　　热电偶是当前应用最为广泛的温度传感器之一。它的测温范围宽,常用于高温的测量。它输出与温度相关的电压信号,便于远传和控制。热电偶温度计由热电偶、导线和显示仪表构成。本文提出了一种以单片机为核心的智能便携式温度仪,以热电偶作为温度传感器,采用专用的热电偶冷端温度补偿集成电路芯片AC1226,热电偶输出的信号传至单片机内,由程序控　　制查内存内部的热电偶的分度表(电压—温度对应表)取得对应的温度信号输入至显示单元显示温度值。

　　2　仪器组成及工作原理

　　2.1　热电偶的冷端补偿

　　热电偶回路产生的热电势由热端和冷端温度函数差确定,如果冷端温度保持恒定,则热电偶热电势就变成热端温度的单值函数,常用的热电偶的分度表及显示仪表都是以热电偶冷端为0℃时制定的。但在实际使用时,往往由于条件限制,冷端不能维持在0℃,因此需要对冷端温度进行补偿和修正。

　　常用的补偿方法有:

　　(1)0℃恒温法,采用冰点瓶保持冷端温度为0℃。

　　(2)电桥法,采用不平衡电桥将其输出端与热电偶串联,利用电桥输出的电压进行冷端温度补偿。

　　第一种方法虽然补偿效果较好,但是冰点瓶不易移动,不适用于便携式仪器。

　　第二种方法温度补偿范围较低(0～40℃)。

　　本文采用美国AD公司的专用的热电偶冷端温度补偿集成电路芯片AC1226(图2)。它在(0～70℃)补偿范围内具有很高的温度补偿精度。3脚为10mV/℃输出端,它的输出值随冷端温度变化而变化。1、6、7、8引脚上所标示的符号为可以连接的热电偶的分度号。该芯片的补偿原理如下所述:热电偶的分度表都是在冷端为0℃时制定的。如果实际使用时热电偶冷端温度为tn(tn≠0),这时热电偶输出的热电势应为E(t,tn),根据中间温度定律:

　　其中,E(tn,0)=V0随冷端温度变化,实现冷端温度自动补偿。

　2.2　信号的放大

　　采用仪用放大器AD620对热电偶输出的电压信号进行放大,AD620功耗低,精度高,非常适用于便携式仪器。热电偶与AD620的接线如图3所示。R1、R2、C1、C2构成低通滤波器,截止频率可由实际测量电路确定。热电偶的参考端、AD620的REF端应与负载地共地,以免高频干扰。

　　2.3　模数转换单元

　　本系统测量的是温度信号,响应时间长,滞后大,不要求快速转换,因此选用三位半双积分A/D转换器5G14433,它抗干扰性能好,转换精度高,自动校零,自动量程控制信号输出。

　　2.4　信号处理及显示单元