热电偶温度计的课程设计1

热电偶温度计的毕业设计

题目：热电偶温度计的设计与制作

系别：机电工程系

专业：检测技术及应用

班级：计量

学生姓名：刘一

指导老师：陆晓强

完成日期：2013年3月15日

河南质量工程职业学院

河南质量工程职业学院

毕业设计

热电偶测温计的设计与制作

设计任务和要求

1．设计指标

①实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示，4位显示测量值，4位显示设定值；

②4输入按钮：功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少；

③可设定上下限报警 蜂鸣器报警；

2．设计要求

①画出电路原理图（或仿真电路图）；

②元器件及参数选择；

③电路仿真与调试；

④PCB文件生成与打印输出。

3．制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

4．编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

1.1选题的意义

热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。

1.2 设计方案

通过B型（铂铑30）热电偶测量的答题思路为

1.3热电偶测温计的设计

1.3.1．智能仪表基本模块硬件电路

智能仪表基本模块由单片机、输入按钮、硬件显示和通信接口组成

原理图：

+5V

G 13R C K

12

S E R 14

S R C L R

10S R C K 11

Q A 15

Q B 1Q C 2Q D 3Q E 4Q F 5Q G 6Q H 7Q H 1

9

Uy 1

S N 74H C 595G 13R C K

12

S E R 14

S

R C L R 10S R C K 11

Q A

15

Q B 1Q C 2Q D 3Q E 4Q F 5Q G 6Q H 7Q H 1

9

Uy 2

S N 74H C 595data

RCK SRCK

+5V

...

.

a 11

b 7

c 4

d 2

e 1

f 10

g 5

h

3

L 12L M 9RM 8R

6

SM2

.

.

.

.

a 11

b 7

c 4

d 2

e 1

f 10

g 5h

3

L 12L M 9RM 8R

6

SM1

n1

n2n3

n4n5

n6n7n8.

b c d e f g h

a

b c d e f g h a

n 5n 6n 7n 8n 1

n 2n 3n 4AN2

AN3AN4

AN1

Rz 1

510

1

234JL E D 1234

Jk ey 1

1

23J5951

510Ω x 4

.

.

.

.

510Ω x 8

(1)最小系统板电路

(2)电源电路

(3)按键电路

(4)扬声器电路

（5）数码管电路

(6)信号调理电路

(7)功率驱动电路

(8)LED电路

1.3.2 智能仪表基本模块的功能：

（1）具有两排8个是数码管显示，分别显示测量值与设定值，数码管由74HC595驱动，因此只需要3个单片机引脚，可以用SPI接口引脚：PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是采用I/O引脚搭配时序的方法驱动。

（2）具有4个按钮：功能选择按钮、数码管选择按钮、数字加按钮、数字减按钮。按钮直接连在单片机引脚，低电平有效。

（3）具有4个LED灯，用于显示状态，直接连到单片机引脚，低电平有效。

智能仪表的外形：

SV

PV

S ET

智能仪表

. .

.

.

其中上排数码管显示测量值，下排数码管显示设定值，4个按钮用三个，右上侧有4个发光二极管。

1.4、测温模块设计

1.4.1热电偶

B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，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。

B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏度低，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。两种不同成分的导体两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势成为热电势，

也称为热电动势，热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。其中，直接用做测量介质温度的一端

叫作工作端（称为测量端），另一端叫做冷端（称为补偿端）。冷端与显示仪表或配套仪表连接，显

示仪表会显示出热电偶所产生的热电势。

热电偶将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意以下问题：

（1）热电偶所产生的热电势大小，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关

（2）当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后，热电偶电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，则热电势仅是工作端温度的单值函数

1.4.2热电偶信号调理电路

采用LM35的B00000000----------------------------型热电偶冷端补偿电路

B型热电偶在0度时的热电势为0mV，在1600度时的热电势为18.84mV。若输出电压为0.2-3.3v。因此放大器输出电压方程为：

1）0.2=m*0+b 和 2）3.3=m*18.84+b算出m、b的值然后根据

3）m=[R2/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg] 和 4）b=Vref[R1/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg]算出实验所需的数据

1.5驱动双向晶闸管设计

本系统采用晶闸管脉冲调制驱动电路，其负载为1000W的电加热器（电源电压为220VAC）。单片机驱动晶闸管脉冲调制驱动器的电路如下图所示。