基于ICL7109的钢水测温仪

　　0 引言

　　钢水温度检测在钢铁生产中占有十分重要的位置，它与产量、质量和能耗等指标都有直接的关系。针对钢厂中电压波动大、干扰因素多、温度波动剧烈等特点，针对传统测温系统中存在的误差较大、抗干扰能力差等问题，给出了采用热电偶实现接触式断续测温的方法。并通过 AD590 和单片机程序设计实现了冷端温度自动补偿。

　　1 热电偶测温原理

　　热电偶作为一种应用广泛的测温元件，是利用热电效应工作的。当两种不同的导体A 和B 组合成一个闭合回路时，其两端结点温度不同( 设为T 和T0) ，则回路内将产生热电动势EAB( T，T0) 。热电势的大小只与热电偶的材料以及两端的温差有关，而与热电偶导体的长度、直径无关。热电偶产生的热电势实际上是由接触电势和温差电势所组成，接触电势是由两种不同材质的导体接触时产生的电势，而温差电势则是对同一导体当其两端温度不同时产生的电势。在图1 所示的闭合回路中，2 个接触点有2 个接触电势П_AB( T) 和П_AB( T0) ，又当T≠T0时，在导体A、B 中还各有1 个温差电势。因此回路总电势П_AB( T，T0) 应为接触电势与温差电势的代数和。即:

式中: σ 为汤姆逊系数，它表示温度每变化1 ℃ 时所产生的电势值，它的大小与材料性质及两端温度有关; eAB( T) 和eAB( T0)分别为被测端T 和参考端T0的电势。

　　在总电势中，接触电势较温差电势大得多，因此，它的极性也就取决于接触电势的极性。当T > T0时，eAB( T) 与总电势的方向一致，而eAB( T0) 与总电势方向相反，所以总电势可以表示为式( 2) :

　　对于已选定的热电偶，当参考端温度恒定时，eAB( T0) 为常数C，则总电势可表示为温度 T 的单值函数，即

式( 3) 表明，当 T0恒定不变时，热电偶产生的热电势只随测量温度变化而变化。

　　2 参考端温度补偿

　　热电偶分度表以参考端为0 ℃作为基准。由式( 2) 可知，参考端温度的变化将直接影响测量准确度。对于该系统，将热电偶的参考端放在室温下，采用AD590 集成温度传感器测量室内温度，并通过单片机程序设计实现智能温度补偿。AD590 融PN 节温度传感元件与集成处理电路为一体，测温范围为-55 ～150 ℃，输出电流为

式中: SV为灵敏度，SV= 1 μA / K; T0为冷端绝对温度，T0=( 273. 2 + t) ，K; t 为摄氏温度。根据测得的数据通过软件查表可以获知室温。

　　3 硬件系统设计

　　如图2 所示，测温仪由CPU、LED 数码管显示、声音报警、LED 闪光报警、按键输入、传感器信号放大调理电路、参考电压产生电路、ICL7109 模数转换电路等单元电路组成。