智能热电偶测温仪的设计与研究

　　智能热电偶测温仪是应用电子高科技设计出来的一种新型温度测量仪表,它具有便于测量、范围广、精度高、稳定性好等优点。但也存在测量受被测介质的影响或环境气氛的干扰影响等弱点。参考端温度影响测量,必须进行补偿。本文将介绍运用单片机设计热电偶测温仪的过程。

　　1　热电偶测量温度的基本原理

　　根据中间导体定律,把第三种导体(C)换成毫伏表,并保持两个结点温度一致,就可以完成测量任何温度场的温度,如图1所示。

　　导体A和B组成热电偶,第三种导体C为毫伏计,毫伏计与A和B热电偶冷端的两个结点的温度均为冷端温度TO,而热电偶A、B的热端置于需要测量的温度场T时,这样根据中间导体定律,由导体A、B、C组成回路的总电势应为

　　E_ABC(T,T₀)=E_AB(T,T₀)=EAB(T)-E_AB(T₀)

　　为保持T0=常数时,则E_AB(T₀)=常数=C,所以上式变为

　　E_ABC(T,T₀)=E_AB(T,T₀)=E_AB(T)-C=f(T) (1)

　　式(1)就是热电偶测量温度的基本原理,只要保持冷端温度T0不变,则热电偶的输出电势就是所测温度T的单值函数,即热电偶的输出电势EAB(T,T0)就反映了被测温度的大小。

　　2　测温仪系统总体设计

　　总体设计方案由探测系统、电信号处理系统和测温显示系统三部分组成。系统框图如图2所示:

　　2. 1探测系统

　　包括:热电偶传感器、集成放大器、A/D转换器和自动补偿电路。

　　温度测量电路如图3所示,测温元件为热电偶(虚框A),它可将被测温度直接转换为电势;电容C1,C2和电阻R1组成滤波电路;HG6101为厚膜集成仪器放大器,根据所需增益调整电阻R2;虚框B中为冷端自动补偿电路,采用桥式电路,由PN结温度传感器检测热电偶冷端温度,通过调整电位器RP2补偿电桥平衡。

　　厚膜集成仪器放大器HG6101是一种用于高精度数据采集系统中的厚膜集成仪器放大器,也是一种专门用来实现低电压信号放大的器件。该芯片具有输入阻抗高,偏置电流低,共模抑制比高,失调电压低,差动输入平衡和性能指标稳定等特点。另外,该放大器的增益可通过改变外引脚的互联或由用户选择电阻来确定,使用极为方便。

　　2. 2　单片机检测系统的设计

　　硬件电路设计首先考虑接受温度测量系统送来的电压信号,放大后送入A/D转换器转换成数字量,然后送入单片机处理系统。

　　(1) A/D转换器选用美国哈里斯公司研制的带微处理器的单片位HI7159型,其性能特点: