热电偶温度计的设计
基于热电偶的温度测试仪设计
基于热电偶的温度测试仪设计摘要：基于热电偶的温度测试仪，该仪器是以AT89C51单片机为核心，由AD590，由热电偶测量热端温度T，该热电偶采用K型热集成温度传感器测量冷端温度T电偶（镍铬-镍硅热电偶）。
它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，再通过二次查表法计算出实际温度值，此值送4位共阴极LED数码管显示。
该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。
关键词：热电偶，冷端温度补偿，89C51单片机，ADC0809，线性化标度变换Abstract:Thermocouple-based temperature testing instrument, the instrument is based on AT89C51 microcontroller as the core, from AD590 integrated temperature sensor measures the cold junction temperature T0, measured by the thermocouple hot-side temperature T, the use of K-Thermocouple Thermocouple ( Ni-Cr - Ni-Si thermocouple). They are through the I / V conversion and linear amplification, time for A / D conversion, the converted digital signal into the AT89C51 microcontroller, microcontroller operation after processing into ROM address, and then through the second look-up table method to calculate the actual temperature value, this value is sent to four common cathode LED digital tube display. The thermocouple thermometer software with C language, using a modular structure design.Keywords:Thermocouple, cold junction temperature compensation, 89C51 microcontroller, ADC0809, linear scale transformation目录1 前言 (1)2 整体方案设计 (2)2.1方案论证 (2)2.2方案比较 (3)3 单元模块设计 (4)3.1冷端采集和补偿电路模块 (4)3.1.1 AD590介绍 (4)3.1.2冷端采集和补偿电路分析 (6)3.2热端放大电路模块 (6)3.3A/D转换器ADC0809 (7)3.4单片机模块 (8)3.5LED显示模块 (11)4 软件设计 (13)4.1主程序 (13)4.2A/D转换子程序 (13)4.3线性化标度变换子程序 (15)5 系统调试 (18)5.1调试软件介绍 (18)5.1.1 ISIS简介 (18)5.1.2 Keil C51简介 (18)5.2硬件调试 (18)5.3软件调试 (19)5.4硬件软件联调 (20)6系统技术指标及精度和误差分析 (21)7设计小结 (22)8总结与体会 (23)9参考文献 (24)附录1：电路总图 (25)附录2：软件代码 (26)1 前言温度是表征物体冷热程度的物理量，温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
热电偶定标实验
实验4—8 热电偶定标实验在现代工业自动控制系统中，温度控制是经常遇到的工作，对温度的自动控制有许多种方法。
在实际应用中，热电偶的重要应用是测量温度，它是把非电学量（温度）转化成电学量（电动势）来测量的一个实际例子。
用热电偶测温具有许多优点，如测温范围宽（-200～2000℃）、测量灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏等。
此外由于热电偶的热容量小，受热点也可做得很小，因而对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。
热电偶在冶金、化工生产中用于高、低温的测量；在科学研究、自动控制过程中作为温度传感器，具有非常广泛的应用。
在大学物理实验中，热电偶温度计的定标是一个传统实验，该实验要求学生找出热电偶的温差电动势与冷热端温差之间的关系，并给出温差电动势与冷热端温差之间的关系曲线，求出经验方程，从而完成其定标工作，使同学们了解热电偶测温度的基本原理。
【实验目的】1. 加深对温差电现象的理解。
2. 了解热电偶测温的基本原理和方法。
3. 了解热电偶定标基本方法。
【实验原理】1. 温差电效应温度是表征热力学系统冷热程度的物理量，温度的数值表示法叫温标。
常用的温标有摄氏温标、华氏温标和热力学温标等。
温度会使物质的某些物理性质发生改变。
一般来讲，任一物质的任一物理性质只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化，都可用它来标志温度，也即制作温度计。
常用的温度计有水银温度计、酒精温度计和热电偶温度计等。
在物理测量中，经常将非电学量如温度、时间、长度等转换为电学量进行测量，这种方法叫做非电量的电测法。
其优点是不仅使测量方便、迅速，而且可提高测量精密度。
温差电偶是利用温差电效应制作的测温元件，在温度测量与控制中有广泛的应用。
本实验是研究一给定温差电偶得温差电动势与温度的关系。
图4-8-1 闭合电路大学物理实验如果用A 、B 两种不同的金属构成一闭合电路，并使两接点处于不同温度，如图4-8-1所示，则电路中将产生温差电动势，并且有温差电流流过，这种现象称为温差电效应。
基于LabVIEW的热电偶温度记录仪
摘要温度是表征设备状态的重要物理量，也是传热学中进行分析计算的重要参数，温度测试及记录是工业应用与教学实验中经常遇到的问题。
本设计采用基于LabVIEW的热电偶温度记录仪来实现热电偶温度记录。
设计分为硬件设计与软件设计两部分。
硬件主要是由热电偶温度传感器、数据采集卡、PC机组成，主要实现温度信号的采集、转换、处理等功能。
采用LabVIEW8.5进行图形化编程设计了前面板。
可以通过用户登录界面进入系统，前面板设计包括温度采集、温度记录、温度查询三部分。
在程序框图设计中，编写了用户管理、DAQ采集、通道选择、数据库访问、数据库写入、数据库查询等子VI，实现了对于四个不同通道的数据采集、记录、实时显示、报警及查询等功能。
关键词：Lab VIEW；虚拟仪器；温度；采集；记录AbstractTemperature not only is an important characterization of physical equipment, but also is the heat transfer analysis in an important parameter .The test and record the temperature industrial applications are often experiment with teaching problems.This set of virtual instrument which is based on the thermocouple temperature recorder, is record the temperature of thermocouple. Design is divided into hardware design and software design .Hardware was designed by the thermocouple temperature sensor, data acquisition cards, PC systems, etc. It is mainly temperature signal acquisition, transformation, processing and other functions .Software design used LabVIEW8.5 graphical programming software. The interface can be displayed Temperature acquisition, temperature records and temperature query through user-side. In program design, I prepared a sub-VI (user management, DAQ acquisition, channel selection, database access, database write database query). And they achieved the four different channels for data collection, recording, real-time display, alarm and inquiry functions.Key word s: Lab VIEW; Virtual instrument; temperature; collection; Records目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1温度记录仪的发展历史及现状 (1)1.2温度记录仪分类与应用 (2)1.3研究背景及意义 (2)1.3.1研究背景 (2)1.3.2研究意义 (3)1.4虚拟仪器技术 (3)1.4.1虚拟仪器的概念 (4)1.4.2虚拟仪器的结构 (4)1.4.3虚拟仪器的技术优势 (5)1.5本章小结 (6)第二章温度记录仪方案比较与选择 (8)2.1有纸温度记录仪 (8)2.2无纸温度记录仪 (8)2.3方案比较与选择 (8)2.4总体方案设计 (9)2.5本章小结 (10)第三章热电偶温度记录仪硬件设计 (11)3.1热电偶型号的选择 (11)3.1.1热电偶的发展现状 (11)3.1.2 热电偶的发展趋势 (12)3.2热电偶冷端温度补偿与线性化处理方法 (13)3.2.1热电偶冷端温度补偿原理 (13)3.2.2 LT1025的结构和工作原理 (13)3.2.3 LT1025在K型热电偶测温中的应用 (14)3.2.4 LT1025在S型热电偶测温中的应用 (15)3.3数据采集卡的选择 (15)3.4本章小结 (16)第四章热电偶温度记录仪软件设计 (17)4.1热电偶温度记录仪的软件设计结构图 (17)4.2 软件前面板设计 (17)4.2.1用户登录前面板 (17)4.2.2温度采集前面板设计 (18)4.2.3温度记录前面板设计 (19)4.2.4温度查询前面板设计 (20)4.3程序框图设计 (21)4.3.1用户登录模块程序设计 (22)4.3.2通道选择模块程序设计 (24)4.3.3温度采集模块程序设计 (24)4.3.4温度报警模块程序设计 (25)4.3.5数据库访问模块程序设计 (25)4.3.6数据库写入模块程序设计 (26)4.3.7数据库查询模块程序设计 (27)4.4 系统程序调试 (28)4.5本章小结 (30)第五章总结 (32)参考文献 (33)附录主程序图 (35)致谢 (36)第一章绪论1.1温度记录仪的发展历史及现状温度记录仪是测量物体冷热程度的工业自动化仪表，一般的温度测量仪表都有检测和显示两个部分。
热电偶温度计的制作与标定
实验 热电偶温度计的制作与标定一． 实验目的1． 了解热电偶温度计的测温原理 2． 学会热电偶温度计的制作与校正方法 3． 掌握电位差计的原理和使用方法 二． 实验原理 1. 热电偶原理将两种不同材质的金属导线连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，由于金属的热电效应，在回路中就会产生一个与温差有关的电动势，称为温差电势。
在回路中串接一毫伏表，就能粗略地测出温差电势值。
如下图：温差电势的大小只与两个接点的温差有关，与导线的长短粗细和导线本身的温度分布无关。
这样一对导线的组合就称热电偶温度计。
简称热电偶。
实验表明，在一定温度范围，温差电势E 与两接点的温度T 0, T 存在着函数关系E=F(T 0 , T), 如果一个接点T 0（通常指冷端）的温度保持不变，则温差电势就只与另一个接点T （通常指热端）的温度有关，即E=F(T) ，当测得温差电势后，即可求出另一个接点（热端）的温度。
为了增加温差电势，提高测量精度，可将几个热电偶串联成热电堆，如下图：热端（测量点） 冷端（参考点） 热端（测量点） 冷端（参考点）热电偶示意图热电堆示意图2、热电偶的标定将热电偶作为温度计，必须先将热电偶的温差电势与温度值T之间的关系进行标定。
一般不用内插式计算，而是用实验方法，用表格或T-E（或E-T）特性曲线形式表示。
标定方法，一般采用：○1固定点法，即测量已知沸点或熔点温度的标准物质在沸点或熔点时的温差电势值。
○2标准热电偶法，将待标热电偶与标准热电偶一起置于恒温介质中，逐点改变恒温介质的温度，待热电偶处于热平衡状态下测出每一点的温差电势。
热电偶的T-E特性曲线如下图：3、热电偶的分类热电偶的种类繁多，各有其优缺点。
可根据不同的用途选择不同型号的热电偶。
目前我国已经标准化的常用商品热电偶，有以下几种直流电位差计1台恒温水浴1套隔离变压器（1KV A 30V公用）2台钢丝钳 1 把绝缘套管2根电偶丝公用硼砂公用硅油公用四．实验步骤1．热电偶的制作按实验要求，截取两根适当长度的电偶丝，消除两端的氧化膜，套上绝缘套管，用钢丝钳将两根偶丝的端部胶合在一起。
大学物理实验 热电偶温度计设计
热电偶温度计的设计探讨吉林建筑大学城建学院土木工程系交通工程12级-1班 1205000123 屈少伟【内容摘要】用温差电偶测温就是把非电学量转化为电学量测量，即把温度转化为温差电动势来测量温度。
将两种不同金属导体的两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热，另一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生（温差效应）。
这种温度计测温范围很大。
本次实验选用铜-康铜两种金属形成闭合回路作为温差电偶装置，设计热电偶温度计。
并通过恒温水浴锅、数字电压表、电热杯等设备为所设计的热电偶温度计定标。
【关键词】温差效应铜-康铜温差电偶温差固定点法定标一、引言传统温度计测量范围相对较小，而热电偶温度计测量范围很大，本实验探究热电偶温度计的实验原理，并尝试制作热电偶温度计。
二、实验目的：（1）了解热电偶温度计的测温原理（2）学会热电偶温度计的设计方法（3）学会数字电压表（或电位差计）的原理和使用方三、实验仪器：铜-康铜温差电偶数字电压表（或电位差计）保温杯电热杯恒温水浴锅(含温度显示）等。
四、实验原理：1、热电效应：两种不同成份的导体（本实验中选用铜-康铜）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，而这种电动势称为热电势。
2、测温原理:热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；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，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。
【注意问题】1、热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数2 、热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关3、当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
实验四 热电偶数字温度计的设计与定标1
实验四 热电偶数字温度计的设计与定标
【实验目的】
1、了解热电偶测温的基本原理和方法。
2、掌握数字温度计的设计和调试技巧。
【实验仪器】
热学综合实验平台、加热井、单端热电偶传感器、热电偶数字温度计设计实验模板。
【实验原理】
1、温差电效应
在物理测量中，经常将非电学量如温度、时间、长度等转换为电学量进行测量，这种方法叫做非电量的电测法。
其优点是不仅使测量方便、迅速，而且可提高测量精密度。
温差电偶是利用温差电效应制作的测温元件，在温度测量与控制中有广泛的应用。
如果用A 、B 两种不同的金属构成一闭合电路，并使两接点处于不同温度，如图4-1所示，则电路中将产生温差电动势，并且有温差电流流过，这种现象称为温差电效应。
图4-1
2、热电偶
两种不同金属串接在一起，其两端可以和仪器相连进行测温（图4-2）的元件称为温差电偶，也叫热电偶。
图
4-2 A 金属：铜 B 金属：康铜
t 0 0t t。
实验一热电偶测温
实验一热电偶测温一、实验目的1、了解热电偶测温原理，学习热电偶测温技术，提高学生的实验技能和动手能力。
2、掌握电位差计的使用方法，用各种测温线路测量温度。
二、热电偶测温原理和水银温度计测温一样，热电偶测温也被广泛应用于工农业生产和科学研究工作中。
具有适用范围广、耐高温、精确度高等优点，是一种很好的测温方法。
热电偶测温是基于热电效应这一物理现象实现的。
如图1-1所示，用两种不同的金属导线A、B焊接而成的闭合回路称为“热电偶”。
当它的两个接点1、2的温度t1、t2不同时，回路中将产生热电动势，简称热电势，这种现象称为“热点效应”。
热电势的大小与两接点的温度差（t2—t1）和组成回路的导线材料有关。
对于给定的热电偶，则只与两接点的温差有关。
如果保持t1不变（t1=0℃），那么热电势只与t2有关。
t2越大，热电势越大，且有确定的关系。
只要用电位差计G测出回路中的热电势，就可以通过热电势与温度的关系球出被测温度t2。
热电偶电势与温度的关系应在恒温器中用标准温度计标定，并制成图表以供查用。
理论上，任何两种不同的金属导线均可组成热电偶，但实际上为了使热电偶回路有较大的热电势，能耐高温，而且热电势与温度基本上呈线性关系，通常采用下列金属或合金导线配对组成热电偶（见表1—1）热电偶的电极A、B两接点通常用电弧焊、电熔焊、锡焊等焊接在一起。
焊点要求圆滑、直径小、接触好、牢固，增强热电偶的灵敏度和耐用性。
测温时，接点1放在盛有冰水混合物的冰瓶中，维持接点1的温度恒为零摄氏度，称为参比端（或冷端）。
接点2置于待测温度场中，或焊接在被测物体的表面上，称为测量端（或热端）。
回路中接入测量热电势的仪表G（通常使用电位差计或数字电压表），测出电路中的热电势，再由热电势与温度的关系曲线或表格查出被测温度。
热电偶测温线路有两种接法，如图1—2所示。
t1为冷端，t2为热端，A、B为热电偶的正负极，热电偶电极的极性由每种热电偶电极的材料决定，表1—1中给出了每种热电偶电极的极性。
实验报告-热电偶的制作及标定
实验一热电偶的制作及标定一、实验目的1、了解热电偶的结构，学习制作热电偶，掌握冰点法确定热电偶参比端的方法；2、掌握恒温水槽的使用方法；3、掌握使用高精度61/2位数字万用表测量热电偶的热电势和热电阻阻值的方法；4、了解热电偶的测量数据处理的方法。
二、实验原理热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt的函数：E AB（T，T0）=e AB（T）-e AB（T0）图1热电偶热电势产生原理图三、实验步骤（一）热电偶制作由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。
热电偶在生产和使用过程中，新制热电偶或焊点处断裂都需要将测量端焊接起来，而焊接质量的好坏直接影响热电偶测温的可靠性。
对直径为0.5mm以下热电偶的焊接方法主要有直流电弧焊、交流电弧焊、对焊、盐水焊等。
本实验采用盐水焊和直流电弧焊。
1、盐水焊是目前贵金属热电偶测量端焊接较好的一种方法。
它的优点是设备简单、操作简便、盐水对测量端腐蚀轻，焊点光亮圆滑，能够满足对热电偶焊接质量的要求。
焊接装置由调压器(3—5kW)，烧杯(500ml)和热电偶夹具等组成。
如图1所示。
图2盐水法热电偶焊接具体焊接方法如下：1）盐水配制：用氯化钠（或食用盐）与蒸馏水配制成饱和盐水，并置于烧杯中，液面离杯口不大于5mm，以便于观察插入深度和焊点大小。
2）焊接：一个鳄鱼夹夹住一根长100mm、直径为3mm的金属棒（或碳棒），放入饱和盐水中，接上调压器的输出端。
用竹镊夹住经整理齐直的热电偶丝，并与调压器的另一输出端接通。
根据热电偶丝的直径与材料调节调压器输出电压，约为110～160V，将热电偶垂直插入液面，其深度约为1mm。
插入液面的时间不宜过长，以焊点直径不超过 1.2mm为宜。
观察焊点是否圆滑光亮，如果不圆须再次插入液面并控制插入深度（应浅一些）和插入时间（应短一些）使焊点圆滑。
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热电偶温度计的设计
Xxx
xxxxxxxx 计算机科学与工程学院
计算机科学与技术xxxxx班
学号：xxxxxx
邮编：xxxxx
摘要
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。
在本实验中利用点热偶测量温度，其基本原理就是热电效应。
将两种不同的金属两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生。
因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数，所以利用这一特性制成温度计测量温度。
关键字
热电偶，温度差，电动势，水浴锅
前言
在做热电偶温度计设计这一实验中时，了解了热电偶和温度差现象，引发了我对它的兴趣，经过自己的查阅资料成功设计出该实验的设计方案。
实验仪器介绍
铜-康铜温差电偶、数字电压表、水浴锅、保温杯
实验原理
1)温度差现象
把两种不同的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合连接成回路，并使两接点处于不同温度，则回路中就产生电动势。
这种现象称为塞贝克效应（热电效应）。
这种电动势与两接点的温度及两材料性质有关，所以称为热电动势温差电现是由温差而引起电动势以及由电流而引起吸热和放热的现象，又称热电现象。
它包括塞贝克、珀耳帖及汤姆孙等三个效应。
塞贝克效应
将两个不同导体（或半导体）两端相连，组成一回路，当两个接头处在不同温度时，在回路中有电动势产生的现象。
1821年由德国物理学家T.塞贝克发现。
这电动势称为温差电动势。
金属的塞贝克效应常被应用于测量温度，而半导体的塞贝克效应常可被用来将热能直接转化成电能，即制成半导体温差发电器。
珀耳帖效应
当有电流通过由两种不同材料组成的回路时，在两种材料的接头处会发生吸热或放热的现象。
1834年由法国物理学家J.珀耳帖发现。
汤姆孙效应
当有电流流过存在温度梯度的导体（或半导体）时，除焦耳热外，还会产生附加的吸热或放热的现象。
1856年由英国物理学家W.汤姆孙发现，称为汤姆孙效应。
热电偶
是利用温差电现象制成的一种元件。
利用两种能产生显著温差电现象的金属丝（如铜和康铜）焊接而成。
温差电动势与温差的关系通常用幂函数表示，在常温范围内，要求准确度不太高时，可以取一级近似，写为E=a+bt，式中，a取决于参考点温度，b称为温差系数，其大小决定了组成电偶材料的性质。
热电偶就是由两种不同的金属材料焊接而成。
其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端)，另一端叫做冷端(也称为参考端)；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动势。
使用时通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度(如0℃或
100 ℃)，当对另一端（测量端）加热时，在接点处有热电势产生。
如参考端温度恒定，其热电势的大小和方向只与两种金属材料的特性和测量端的温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。
当测量端的温度改变后，热电势也随之改变，并且温度和热电势之间有一固定的函数关系，利用这个关系就可以测量温度。
温差电偶的定标与测温
利用温差电偶测量温度时必须进行定标，所谓定标就是设法确定温差电动势的大小与温差的对应关系。
测量方法
（1）将数字电压表进行校准
（2）温差电偶的定标（铜-康铜热电偶）
１.将温差电偶的一端（参考端）慢慢置于保温杯的沸水中，作为参考点，另一端（测量端）慢慢放入到有三分之一自来水的水浴锅，
盖好胶木圆盖，把电压表接在温差电偶的红黑接线柱上。
２.通电加热使水浴锅温度上升，用电压表测出对应温度的温差电动势，并记录电动势和相应温度。
每隔10℃测量一次，一直测到90℃，测量数据填入表中。
３.再将温差电偶的测量端置于冰水混合物中，测出温差电动势，测量数据填入表中。
4. 在直角坐标纸上作ε-t曲线。
曲线的斜率为b
⁄−t1)
b=(ε2−ε1)(t2
由参考点的a的值（当t=t0时，ε=0）。
写出ε=a+bt的具体函数式
测量数据和计算结果
t/℃
ε/mv
ε/mv
t/℃
分析和讨论
通过实验，在热电偶测温性质基础上，对温度计的设计进行了深一步的研究，理解它的的原理把对热电偶特性的理解应用到对温度计设计的构思上，这个过程让我们对热电偶有了进一步了解，提高了设计实验的能力，拓展了自己的思想和知识，拓宽了视野。
参考文献
姜广军，大学物理实验，机械工业出版社，2017.1,181页
百度百科。