热电偶测温区分金属丝
实验报告
实验课程：热能与动力工程测试技术学生姓名：孙宝
学号：5902108086
专业班级：热能082班
2011年 4月 23日
南昌大学实验报告
实验类型：□验证□综合■设计□创新
一、试验项目及名称
用热电偶原理区分三种金属丝镍铬、镍硅、康铜
二、实验目的以及要求
已知镍铬、镍硅、康铜三种金属丝由于外观的颜色非常接近而较难区分，根据热电偶输出不同热电势的特性，利用已有器材设计实验以区分三种金属丝。
三、实验基本原理
热电偶测量温度的基本原理是热电效应。将 A 和 B 二种不同的导体首尾相连基本原理：组成闭合回路，如果二连接点温度(T，T0)不同，则在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热电效应。热电偶就是将 A 和 B 二种不同的金属材料一端焊接而成。A 和 B 称为热电极，焊接的一端是接触热场的T 端称为工作端或测量端，也称热端；未焊接的一端(接引线)处在温度T0 称为自由端或参考端，也称冷端。T 与T0 的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为０时，热电偶的输出电动势为０；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B 热电极材料不同分成若干分度号，如常用的Ｋ(镍铬-镍硅或镍铝)、Ｅ(镍铬-康铜)、Ｔ(铜-康铜)等等，并且有相应的分度(见
附录)表即参考端温度 为０℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表； 可以通过测量热电偶输出的热电动势值再 查分度表得到相应的温度值。同样，根据不同热电偶输出不同热电势的特性来判断金属丝。热电偶如图1所示
四、实验器材
直流电位差计、标准热源
五、实验步骤；
1、打开热源进行加热
2、将直流电位差计按使用方法两次调零
3、将三根金属丝分别编号为1.2.3、已知的康铜金属丝编号为3.将金属丝一头焊接在一起，并插入热源中进行加热
4、先将已知的镍铬和镍硅金属丝的两端接入直流电位差计输入端，开始测量，待稳定后记下读数
5、重复上述操作，将康铜和两根未知金属丝分别接入，记录数据。
00(,0)(,)(,0)
AB AB AB E t E t t E t =+
五
、实验数据记录；环境温度：26℃ 热源指示温度：150℃ （附在实验报告后面）
六、实验数据分析及总结
1、根据 软件 镍铬-镍硅热电偶分度表差得实际热源温差为101.5
2、根据 得出参考冷端温度为0时E=mv ，to=119.48+22.5=141.98℃
3、
4 查表电动势为6.3mv 的热电偶为E 型镍铬-康铜热电偶与和3聚合相近则1号金属丝为镍铬金属丝
结论：可知得出按编号三根金属丝；3号金属丝为康铜 1号金属丝为 镍铬
2号金属丝为 镍硅
3号金属丝为康铜（已知） 00(,0)(,)(,0)AB AB AB E t E t t E t =+
热电偶传感器习题及答案
第九章热电偶传感器 一、单项选择题 1）正常人的体温为37C，则此时的华氏温度约为______，热力学温度约为______。 A. 32F，100K B. 99F，236K C .99F，310K D. 37F，310K 2）_____的数值越大，热电偶的输出热电势就越大。 A. 热端直径 B. 热端和冷端的温度 C. 热端和冷端的温差 D. 热电极的电导率 3）测量钢水的温度，最好选择______热电偶；测量钢退火炉的温度，最好选择_____热电偶；测量汽轮机高压蒸气（200C左右）的温度，且希望灵敏度高一些，选择______热电偶为宜。 A. R B. B C. S D. K E .E 4）测量CPU散热片的温度应选用______型的热电偶；测量锅炉烟道中的烟气温度，应选用______型的热电偶；测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用______型的热电偶。 A. 普通 B.铠装 C. 薄膜 D. 热电堆 5）在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是______。 A. 补偿热电偶冷端热电势的损失 B. 起冷端温度补偿作用 C. 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D. 提高灵敏度 二、分析与问答 1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。 2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为E AB(t , t0)，其中A、B、t、t0各代 表什么意义t0在实际应用时常应为多少 3、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿冷端补偿的方法有哪几种 三、计算题 1、用一K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得此时 的热电动势为，求被测的温度大小 2、用一K型热电偶测钢水温度，形式如图示。已知A、B分别为镍铬、镍硅材 料制成，A`、B`为延长导线。问： 1）满足哪些条件时，此热电偶才能正常工作 2）A、B开路是否影响装置正常工作原因 3）采用A`、B`的好处 4）若已知t01=t02=40℃，电压表示数为，则钢水温度为多少 5）此种测温方法的理论依据是什么
热电阻的测温电路
Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量
目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)
热电偶测温系统实验报告材料书
热电偶测温系统 实验报告书 班级：铁道自动化091班 小组成员：何俊峰、严云钧、王鹏远、倪森 瑜、康宁
目录 一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理 2热电偶的补偿方法 3热电偶的实际应用 二热电偶测温系统的相关介绍 1线路原理图 2主要原件及其作用 3调试方法及其注意事项 三实验收尾及总结报告 1处理实验数据 2 实验总结
一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理 （1）概况：热电偶是一种感温元件,热电偶的工作原理这就要从热电偶测温原理说起。一次仪表，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势—热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶回路中接入第三种金属资料时,只要该资料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将坚持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。 B热电偶工作原理：两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会发生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度丈量的其中，直接用作丈量介质温度的一端叫做工作端(也称为丈量端)另一端叫做冷端(也称为弥补端)冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度 （2）分类：（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶 铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。 S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。 S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。 （R型热电偶）铂铑13-铂热电偶 铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。 R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S
热电偶传感器第一讲
教师授课方案（首页） 授课班级09D电气授课日期 课节 2 课堂类型讲授 课题第九章热电偶传感器第一节温度测量的基本概念第二节热电偶传感器的工作原理第三节热电偶传感器的种类结构 第四节热电偶的冷端延长 教学目的与要求【知识目标】 1、了解温标的概念 2、了解热电偶传感器的工作原理； 3、掌握热电偶的选用及掌握分度表的应用； 4、掌握热电偶的应用 【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会进行热电偶传感器的选用以及冷端延长导线的选型。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：选用热电偶、冷端延长线的选择及分度表的使用难点：无 教具教学辅助活动教具：热电偶、酒精灯、毫伏表、导线、多媒体课件、习题册教学辅助活动：提问、演示、生师讨论 一节教学过程安排复习 1、什么是霍尔效应传感器的工作原理 2、霍尔集成电路的特性。 3、霍尔传感器有哪些应用。 5分钟讲课 1、温标的概念 2、热电偶传感器的工作原理； 3、热电偶的分类、选用及掌握分度表的应用； 4、掌握热电偶的应用 73分钟小结 小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互 动答疑 10分钟作业习题册第九章热电偶传感器习题2分钟 任课教师：2011年1月31日审查教师签字：年月日
教案附页【复习提问】 上节课知识点： 1、什么是霍尔效应传感器的工作原理 2、霍尔集成电路的特性。 3、霍尔传感器有哪些应用。 第九章热电偶传感器 【章节导入】： 在众多测温传感器中，热电偶传感器已成规格，并符合国际计量委员会的标准，在工业生产和科学研究得到广泛应用。 【本章要点】: 1、了解温度测量的基本概念和方法； 2、热电偶的工作原理，了解热电偶的分类及特点、进行热电偶传感器 的选用； 3、理解中间计算修正定律，掌握冷端延长的方法，并会选择补偿导线。 4、掌握控温仪表的接线方法。 第一节温度测量的基本概念 【本节内容设计】 通过课件与教师讲授温度的概念、温标、温度测量及温度测量传感器的分类及特性，为测量温度及热电偶传感器的学习奠定基础 【授课内容】 一、温度的概念 温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。 二、温标1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。 几种温标的对比正常体温为37 C 相当于华氏温度 1.8×37+32=99F 相当于热力学温标37+273=310K 三、温度测量及传感器分类温度传感器按照用途可分为：基准温度计和工业温度计； 按照测量方法又可分为：接触式和非接触式； 按工作原理又可分为：膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；
热电阻的单片机测温系统
摘要 电子温度计是日常生活中最普遍的电子产品之一,常用的转换元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等,通常我们将这些转换元件通过非电量转化电量的检测方法，结合电量和温度之间的关系,我们可以计算出其温度值。在本课题中将介绍一种利用电阻电桥失衡输出的电压转换温度的设计。在设计中,利用AT89Ｓ系列单片机作为控制器，计算铂电阻（PT100）电量与温度的转换，并在LED显示温度。 关键词:AT８9S52 AＤC0832 Abstraｃt Ｅｌectroｎic ｔｈermomｅｔer iｓin ｄaily liｆeｔhe mｏsｔcommon onｅof elｅctrｏnicｐrｏducｔs, and thｅcoｍｍoｎinterfaｃe ｅlement ｈaveｈe ａt ｒesistａｎce,tｈｅrmal resistanｃｅ, thermocouple，etc., usuaｌly we ｗill these inteｒface eleｍｅnt thrｏｕgh the noｎ-electriciｔy iｎto ｅｌectｒiciｔy d ｅtｅｃtｉon meｔhｏｄs, cｏmｂiｎed ｗｉth powｅr aｎd tｈe relationshiｐbetｗｅen the ｔemperａturｅ, we can ｃａlｃulate the teｍperatｕre value. In tｈis tｏpicｗiｌl introducｅa kind ｏf makｅｕse of the reｓｉsｔａｎce ｂr ｉｄgeｕnｂalanced ouｔｐｕt voltaｇe tｒaｎｓitｉon tｅmｐｅrature design. In the dｅsign,ｔｈe uｓe of AT89S seriｅｓｍicroconｔroｌlｅｒas tｈe contｒｏlｌｅr, ｃａlｃulａtｉoｎof plａtinｕm ｒesiｓｔaｎce（PT１０0) powe ｒand ｔemｐeratｕreｃonveｒsiｏｎ, and inｔhｅLＥＤdｉsplay ｔeｍperature. ?Ｋeyword:AT89Ｓ52 ＡDC0832
第九章热电偶传感器
第8章典型非电参量的测试方法 教学要求 1．了解各种非电量的测量方法。 2．熟悉测量各种非电量的传感器。 教学手段多媒体课件 教学重点测量非电量力、压力和位移测量的传感器 教学课时7学时 教学内容： 8.1 应变的测量 8.1.1 简单受力状态的应变测量 简单受力状态主要是指只受单向拉伸（压缩）、只受纯弯曲或只受纯扭矩的状态。 1．单向拉伸（压缩）时的应变测量 2．纯弯曲时的应变测量 3．只受扭矩时的应变测量 8.1.2 复杂受力情况下单向应力应变测量 1．受弯曲与拉伸（压缩）时的组合应变测量 2．受扭矩、拉伸（压缩）和弯曲时的组合应变测量 8.1.3 平面应力状态的应力测量 1.主应力方向已知的平面应力测量 2．主应力方向未知的平面应力测量 8.2 力及压力的测量 力的测量方法从大的方面将可分为之间比较法和通过采用传感器的间接比较法两类。本节主要介绍间接比较法。 根据传感器的工作原理，常用的力传感器主要有弹性式、电阻应变式力、电容式和电感式等。 8.2.1 弹性力传感器 弹性力传感器主要用于压力测量。常用的测力弹性元件主要有布尔登管、膜片和波纹管三类。 1．布尔登管 2．膜片 3．波纹管 8.2.2 电阻应变式力传感器 电阻应变式力传感器是根据应变效应设计制作的力传感器。应变式力传感器的测量范围大，可以从1Pa到几Mpa，且能获得很高的测量精度。常见的结构形式有筒式、膜片式和组合式等。 1．筒式压力传感器 2．膜片式压力传感器 3．组合式压力传感器 8.2.3 其他力传感器 1．电容式力传感器 电容式力传感器就是把力转换成微小位移量的变化，通过测量由于移量变化引起的电容量变化的大小，从而计算出被测力的大小。 2．电感式力传感器
热电偶用于温度测量电路
全国电子专业人才设计与技能大赛电子组装、调试与开发大赛 ---------传感元器件 1．NTC 负温度系数热敏电阻 热敏电阻分为三类：正温度系数热敏电阻（PTC ），负温度系数热敏电阻（NTC ），临界温度电阻器（CTR ）。 图1-39 NTC 负温度系数热敏电阻 负温度系数热敏电阻器如图1-39所示。其电阻值随温度的增加而减小。NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在10O ～1000000欧姆，温度系数-2%～-6.5%。 ⑴ 负温度系数热敏电阻温度方程 )(T f =ρ T B T e A /'=ρ T B T B T T Ae e S l A S l R //'===ρ 其中：l A A '= 该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B 本身也是温度 T 的函数。NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在10O ～1000000欧姆，温度系数-2%～-6.5%。 已知温度T 、额定温度T N 和R25即可求的热敏电阻阻值R T 。 ⑵ 负温度系数热敏电阻主要特性 电阻温度系数σ
dT dR R T T 1=σ 微分式（），可得 2T B - =σ 热敏电阻的温度系数是负值。 -----温度测量电桥应用 温度测量电桥的A 点所在的桥臂的电阻是固定的，故A U 是固定的。B 点所在的桥臂的电阻t R 随温度变化，故B U 是变动的。电阻t R 为负温度系数热敏电阻，t R =1.5K 指NTC 热敏电阻的标称电阻值R25。为了方便取2R 与t R 成比例，这里取K R R t 5.12==，同时，1311212 E E R R R A U =+= ，得Ω=7501R 。 在前面已知条件下，推导13’3P R R R +=： 约束条件：① U U U U U B A i ??+-=??-，② 13 1 E A U =。 由测量电桥平衡0=-=B A i U U U 时，得Ω==+=750113’3R R R R P 。 又由1'3 1131E R t R t R E U U U B A i +-=-=，得R p R R R ?±Ω=+=75013'3。故取K R P 11=。 温度控制电路如图3-15所示，由测量电桥、测量放大器、滞回比较器及驱动电路等组成。由于温度的不同，因而在测量电桥的A 、B 点时会产生不同的电压差，这个差值经过测量放大器放大后进入到滞回比较器的反相输入端，与比较电压U R 比较后，由滞回比较器输出信号进行加热或停止加热。 ⑴ 温度控制器电路 温度控制器电路如图3-7所示。
基于单片机的热电偶测温系统的设计
技术创新 《微计算机信息》 (嵌入式与SOC )2009年第25卷8-2期360元/年邮局订阅号：82-946 《现场总线技术应用200例》 单片机开发与应用 基于单片机的热电偶测温系统的设计 The Design of Thermocouple Temperature Measurement System Based on SCM （西安外事学院） 荆海霞周琳勃王仁道廖娜 JING Hai-xia ZHOU Lin-bo WANG Ren-dao LIAO Na 摘要:在现代化的工业现场,常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机。由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系,所以必 须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大,并在单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理,再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4mA~20mA 电流,送主控中心。 关键词:热电偶;线性化;AD 转换;DA 转换;单片机中图分类号:TP273文献标识码:A Abstract:Thermocouple is used frequently in high-temperature test in the modernized industry scene,then the test results are deliv -ered to master control machine.As the non -linear relationship between thermoelectric potential and temperature,it must be carried out on the thermocouple linear processing in order to maintain accuracy of test.This article is for the linearization of thermocouple.The general idea is to study high-precision A/D converter AD7705,which samples and enlarges the thermoelectric potential from the thermocouple,to use a certain algorithm for the linearization processing in the microcontroller,and to convert the data to produce the 4mA-20mA current through high precision A/D converter AD421. Key words:Thermocouple;Linearization;AD conversion;DA conversion;Single-chip-micro-computer 文章编号:1008-0570(2009)08-2-0088-02 1引言 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、温度 测量范围宽等优点，适用于信号的远传、 自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈 非线性关系，增加了显示与处理的复杂性；且随着工业发展、 自动化的不断加强，对温度精度要求越来越高。为了提高热电偶测量温度的精度，必须从硬件和软件两方面同时入手：硬件设计必须使用高精度A/D 和D/A 器件，软件设计必须设计出合理的满足工业要求的线性化算法，从这两方面解决热电偶测试高温的精度问题。 本文提出的系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器AD7705和高精度数/模转换器AD421，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、AD 转换和对线性化处理的数据转换，软件设计提出一种“最佳非等距离分段算法”，并在程序中 采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。 试验结果表明，该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题，使仪器仪表精度达到1/1000，满足工业设计要求。 2硬件电路设计 本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。系统总原理 框图如图1所示。 控制电路以单片机为中心，控制其他部分完成各自的功能。其中模/数转换部分采用16位高精度AD 转化器AD7705，采用自校准，提高其抗干扰能力和精度；数/模转换部分采用高 精度DA 转换器AD421，在电路设计上，采用光隔离，控制 AD421完成其功能，AD421为16位高精度数/模转换器，它将来自单片机线性化处理后的数据进行DA 转化，产生4mA-20mA 电流，送控制中心。 图1系统框图 2.1模/数转换电路 图2AD 转化电路 模/数转换电路部分，采用16位、双通道、低成本、高精度模/数转换功能的AD7705。AD7705是AD 公司推出的16位∑－Δ（电荷平衡式）A/D 转换器，包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA ）组成的前端模拟调节电路、∑－Δ调制器及可编程数字滤波器等，能直接对来自传感器的微弱信号进行A/D 转换。此外他还具有高分辨率、宽动态范围、自校准，低功耗及优良的抗噪声性能，因此非常适用于仪表测量和工业控制等领域。使用时通过单片机控制其单双极性、增益倍数、选择通道的输入和 荆海霞:教师讲师硕士 88--
热电偶测温基本原理
1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B 的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)
在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因， 2．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
基于单片机的热电偶测温系统
基于单片机的热电偶测温系统
毕业论文 基于单片机的热电偶测温系统 摘要 热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，该测温系统由温度测量电路、运算放大电路、A/D转换电路及显示电路组成，以AT89C51单片机为主控单元。文中首先介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，结构形式，及其特点等，另外简答介绍了硬件平台中相关模块的功能及用法。另外对硬件电路包括温度转换芯片MAX6675、K型热电偶、89C51单片机、数码管等元器件及温度采集电路、温度转换电路、数码管显示电路做了详细的介绍及说明。 关键词温度传感器热电偶热时间常数冷端补偿
The thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer ABSTRACT Thermocouple sensor is currently the most widely used in non-contact temperature measurement of thermoelectric sensors, in the industry with a temperature sensor and its important status. This paper designed the thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer, the temperature measurement system composed of temperature measuring circuit, operational amplifier circuit, A/D conversion circuit and display circuit, AT89C51 single chip processor as the main control unit. This paper first introduces the principle of thermocouple temperature measurement, the thermocouple cold junction compensation method, structure form, and its characteristics, etc., in the hardware platform are introduced another short answer function and usage of related modules. In addition to hardware circuit including temperature conversion chip MAX6675, K type thermocouple, 89 c51, digital tube and other components and temperature acquisition circuit, temperature conversion circuit, digital tube display circuit made detailed introduction and description. KEY WORDS Temperature sensor Thermocouple Thermal time constant Cold junction compensation
热电偶测温原理及常见故障
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 常用的热电偶材料有： 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
基于单片机的热电偶测温系统
基于单片机的热电偶测温系统 一设计简述 本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，简单设计了硬件电路，信号放大电路采用放大器LTC2053将热电偶的输出mv型号放大，再经过ICL7109转换器转换为12位的数字信号，输入给单片机，驱动数码管显示电路显示4位温度值。扩展部分有键盘电路和报警电路。软件部分设计了转换器和键盘及显示电路。 关键字：热电偶；LTC2053放大器；ICL7109转换器；数码管 二设计内容 随着人们生活水平的提高，人们对家用电子产品的智能化、多功能化提出了更高的要求，而电子技术的飞速发展使得单片机在各种家用电子产品领域中的应用越来越广泛。 把以单片机为核心，开发出来的各种测量及控制系统作为家用电子产品的一个组成部分嵌入其中，使其更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这是家用电子产品的发展方向和趋势所在。有的家用电器领域要求增加显示、报警和自动诊断等功能。这就要求我们的生产具有自动控制系统，自动控制主要是由计算机的离线控制和在线控制来实现的，离线应用包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作；在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路使控制系统“软化”，使计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分，这类控制由于计算机要身处其中，因此对计算机有体积小、功耗低、价格廉以及控制功能强有很高的要求，为满足这些要求，应当使用单片机。 2热电偶测温原理 1.1热电效应 将两种不同成分的导体组成一闭合回路，如图1所示。
图1 当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，该电势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象称为“热电效应”。 1.2接触电势 A和B两种不同材料的导体接触时，由于电子的扩散运动，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触电势。接触电势的大小与导体材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。 对于温度分别为t和t0的两接点，可得下列接触电势公式：（温度为t时的接触电势，温度为t0时的接触电势） e AB(T0)=U At0 - U Bt0 1.3温差电动势 将某一导体两端分别置于不同的温度场t、t0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，这样，导体两端便产生了电势，这个电势称为温差电势。 导体A、B在两端温度分别为t和t0时形成的电势 e A(t,t0)=U At–U At0 e B(t,t0)=U Bt–U Bt0 1.4热电偶的电势 将由A和B组成的热电偶的两接点分别放在t和t0中，热电耦的电势为： E AB(t,t0)=e AB(t)-e AB(t0)-e A(t,t0)- e B(t,t0) 由于接触电势比温差电势大的多，可将温差电势忽略掉，则热电偶的电势为 E AB(t,t0)= e AB(T)- e AB(T0) (AB的顺序表示电势的方向；当改变脚注的顺序时，电势前面的符号（正、负号）也应随之改变) 综上所述，可以得出以下结论： 热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便是两接点电势差。 1.5热电偶的基本定律
第九章热电偶传感器第二讲
教师授课方案（首页） 授课班级09D电气1、电气2 授课日期 课节 2 课堂类型讲授 课题第九章热电偶传感器第五节热电偶冷端温度补偿及技术 第六节热电偶的应用及配套仪表 教学目的与要求【知识目标】 1、掌握热电偶的冷端温度补偿方法 2、掌握温控仪表的接线方法 【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会进行热电偶传感器的选用以及冷端延长导线的选型。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：机械调零法、电桥法、半导体集成温度传感器及温控仪表接线难点：温控仪表接线 教具教学辅助活动教具：多媒体课件、习题册 教学辅助活动：提问、学生讨论 一节教学过程安排 复习 1、温标的概念举例说明测量温度的方法 2、热电偶传感器的工作原理、热电极、热电 势、冷端、测量端； 3、热电偶的分类、选用及怎样查分度表； 4、热电偶的冷端补偿应怎样配型 5分钟讲课 1、掌握热电偶的冷端温度补偿方法 2、掌握温控仪表的接线方法 73分钟小结 小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互 动答疑 10分钟作业习题册第九章热电偶传感器习题2分钟 任课教师：叶睿2011年1月31日审查教师签字：年月日
教案附页【复习提问】 上节课知识点： 1、温标的概念举例说明测量温度的方法 2、热电偶传感器的工作原理、热电极、热电势、冷端、测量端； 3、热电偶的分类、选用及怎样查分度表； 4、热电偶的冷端补偿应怎样配型 第五节热电偶的冷端温度补偿及技术处理 【本节内容设计】 通过课件与教师讲授热电偶的冷端温度补偿方法，为测量温度及热电偶传感器的学习奠定基础 【授课内容】 由热电偶测温原理可知，热电偶的输出热电势是热电偶两端温度t 和t0差值的函数，当冷端温度t0不变时，热电势与工作端温度成单值函数关系。各种热电偶温度与热电势关系的分度表都是在冷端温度为0℃时作出的，因此用热电偶测量时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足t0=0℃的条件。但在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0℃，而且也不恒定，因此将产生误差，一般情况下，冷端温度均高于0℃，热电势总是偏小。消除或补偿这个损失的方法，常用的有以下几种： 一、冷端恒温法 1、冰浴法;将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0℃不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0℃而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。 2、恒温器法：将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40℃）。 3、空调法：将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。 应该指出的是，除了冰浴法是使冷端温度保持0℃外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法仍必须采用下述几种方法予以修正。图9-9是冷端置于冰瓶中的接法布置图。
基于热电偶的温度测量电路设计
燕山大学 课程设计说明书题目：基于热电偶的温度测量电路设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 教师职称：
燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2011年6 月26 日燕山大学课程设计评审意见表
目录 第1章摘要 (2) 第2章引言 (2) 第3章电路结构设计 (2) 3.1 热电偶的工作原理 (2) 3.2 冷端补偿电路设计 (5) 3.3 运算放大器的设计 (6) 第4章参数设计及运算 (8) 4.1 补偿电路的计算 (8) 4.2 运算放大器的计算 (9) 4.3 仿真器仿真图示 (10) 心得体会 (12) 参考文献 (13)
第一章摘要 本文所要设计的是基于运算放大器的具有冷端补偿的热电偶测温。 所要设计包括三部分，热电偶，冷端补偿，运算放大器。热电偶选用的为K型热电偶，补偿采用是桥式补偿电路，运算放大器则用的是运放比例较大而输出阻抗比较小的仪器仪表放大器。 第二章引言 在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一，在温度测量中，热点偶的应用极为广泛，它具有结构简单，制作方便，测量围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子，管道的气体或液体的温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 第三章电路结构设计 3.1热电偶的工作原理 热电偶是一种感温元件，是一次仪表，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合回路，当接合点两端的温度不同，存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端（也称为测量端），温度较低的一端为自由端（也称为补偿端），自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电
智能热电偶测温系统设计
摘要 温度是表征物体冷热程度的物理量。在工农业生产和日常生活中，对温度的测量控制始终占据着重要地位。温度传感器应用范围之广、使用数量之大，也高居各类传感器之首。 本文使用温度传感器设计了一个完整的测温系统。该系统所采用的温度传感器为热电偶，A/D转换器件为ADC0809，微型计算机采用的是MCS-51单片机。系统将温度变换、显示和控制集成于一体，用软件实现系统升、降温的调节，控制采用了模糊控制原理对系统进行控制。 设计的系统所满足的技术指标：测温范围为500—800℃，响应时间为小于等于1s，误差范围为-5℃—+5℃。 关键词：热电偶A/D转换模糊控制 ABSTRACT Temperature is the physical quantity of symptom object cold hot level. In the daily life and production of industry and agriculture, occupy important position all along for the measure control of temperature. Temperature sensor application broad scope and use big quantity, also hold the head of each kind of sensor high. This paper uses temperature sensor and has designed , is a and complete to measure warm system. The temperature sensor adopted by this system is thermocouple, the converter of A/D is ADC0809, what personal computer adopt is that MCS-51 only flat machine. System alternates temperature , shows and controls to be more integrated than one body , realizes system with software to rise , cool down regulation, control has adopted vague control principle as system controls. The technical index of design satisfied by system: Measure warm scope is 500 —