温度测量与控制电路电子技术课程设计

温度测量与控制电路电子技术课程设计内容摘要：

总之，整个运算电路，把温度通过一个函数（热点偶的电压与温度关系函数）转变为电压信号，再通过这个函数的反函数（运算电路）把电压变成温度对应的变压，可以说是通过整个电路，给温度换了单位，把摄氏度换为毫伏，且 1 毫伏对应 1 摄氏度。 最后为了显示和控制的需要，进行了一次放大。 （ 2）冷接点温度补偿方法的选择 1冷接点补偿的原因：热电偶是两种不同材料组成在一起形成的。 如果热电偶的两端 放在不同的温度区域中，会产生一定的电势。 热偶输出的是两 个 端口温度差的函数。 通常温度到的一端成为热端（或工作端），温度低的那端称为冷端（或自由端），则输出电压为U=f(T2T1)若冷端为 0，则输出电压为测试温度（热端）的单值函数。 但实际中，冷端的温度不为零，则要进行补偿，是其在相应的温度下的电压为零度时的电压。 如果精度要求不高时，可以近似忽略，但是精度要求高时，必须进行冷接点补偿。 2 冷接点补偿的总体思路：查资料得知， K 点偶所需的补偿电压为 V/℃ ,可使其两端电压变为 0℃时两端的电压大小，从而达到补偿的效果 3冷接点补偿的具体方法的选择：常见的补偿方 法有：冷端恒温法，补偿导线法，数字补偿，查表法，不平衡电桥法，计算法，传感器温度补偿法。 （ 1）冷端恒温法 原理：把冷端泡在冰水混合物中，使其温度稳定在 0℃ . 12 排除理由；制作麻烦，时间长了还要对冰水混合物进行维护，如更换。 而且一般的恒温容器，大小都有限制，这样热偶的大小也有了限制。 这种方法只适合在实验室里采用，不用于实际当中。 （ 2）补偿导线法 原理：将热电偶的参考端经过补偿导线与仪表的输入端相连接，其补偿导线的热电特性与热电偶本身相似。 排除理由：精度不高，而且自己对这个方法没有完全理解，所以排除此方法。 （ 3）数字补偿法 原理：如图 433所示，集成温度传感器与热电偶的冷端置于同一温度中，集成温度传感器将冷端转换为电信号，通过放大调整成 0至 5V的电压，然后经 A/D 转换送入单片机。 同时把点偶的输出电压经过放大和 A/D转换后也送入单片机。 将两个信号相加，实现温度补偿。 图 433 数字补偿法原理图 排除理由：用到了传感器和单片机，虽然精度很高，结构过于复杂，成本也相应增加，适用于精度要求很高的测温，而在一般条件下使用则没有必要，所以将这个方案排除。 （ 4）查表法 原理：将热电偶 的热电势与温度之间的函数关系用表格形式存入计算机，把热点偶的热电13 势与温度传感器测得的冷端环境温度对应的电势叠加后查表，并转化为相应得温度值。 可以借助计算机完成，或是人工完成，取决于精度的要求和实效性的要求。 图 434 查表法程序流程图 排除理由：若以上程序由计算机控制，则成本过大，如果不是特殊用途，则不必要；若是由人工完成，则实效性很差，只能用于单纯的测温，不可能实现实时监控或者报警。 所以将这个方案舍弃 （ 5）利用不平衡电桥 原理：串联一个不平衡电桥，当参考端随温度上升或下降时，不平衡电桥对应进行补偿。 具体电路如图 435所示。 其中 R1， R2， R3为同种材料，具有相同的温度系数，而 R4的温度系数比他们的都大。 当温度为零度时， R1R2=，由于 R4变化大，导致电桥两端的电压变化，从而进行温度补偿。 14 图435利用不平衡电桥温度补偿原理图 排除理由：虽然电路简单，但是在参数的确定上十分复杂，而且不会像传感器那样灵敏。 最主要的是根据资料，电桥补偿适用的温度范围很小，所以将这个方法排除。 （ 6）计算法 原理：将在冷接端产生的温度带入相应函数式中计算所需补偿的电压，并与测得的输出电压叠加。 然后再进行修正，计算。 排除理由：缺点查表补偿法相似，都是因为运算复杂，如果计算机实施，投入过大，如果人实施，时效性差。 所以将这种方法排除。 （ 7）传感器温度补偿 原理：温度传感器会根据温度的变化，其自身两端的电压或电流也相应发生变化，可由此对 热电偶冷接点进行补偿，有电压电流两种传感器，因而也有两种补偿方法。 电压型模拟集成电路冷端补偿法： 图 4371电压型模拟集成电路冷端补偿法 说明： LM335的温度系数为 +10mV/K,输出电压经 R2和 R3分压后，得到补偿电压，通过选择15 R2和 R3的大小，使电压和温度的关系变为达到温度补偿作用（如图 4371） 电流型模拟集成电路冷端补偿法： 说明： AD590是电流型模拟温度传感器，产生的电流在电阻上产生电压，通过滑动变阻器的调整，使补偿电压达到 V/℃ 图 4372电流型模拟集成电路冷端补偿法 说明： 1在整体测温方案论证里面，曾经排除了用传感器直接测温的方法，主要是因为其温度变化范围不够，一般到 125℃ ,事实上，通过对其温度和电压或电流的观察可以看出，超过 125℃之后，还是有一定的线性程度。 但是如果用于测量温度的话，会对测 量产生明显的影响，所以没有选择传感器直接测温度这种方法。 但对于热电偶来说，由于每升高一度，电压变化相对比较大，所以作为温度补偿的模拟传感器线性化不是特别强时，造成的影响其实是可以忽略的。 相对于其它方法，热电偶和温度传感器一起使用的优势就在于，有很大的温度变化范围，而且线性化强，所以最终选择了这一方法。 2 在确定使用集成温度传感器进行冷接点温度补偿后，又发现了更适合的芯片 要求精度高，通过电阻分压后要达到很精确的数字。 这也要求电阻不随温度变化，但是电阻随温度都有一定程度的变化，这样会产生误差， 所以要尽可能地减少使用电阻。 LT1025的 1，6,7,8 端口能分别直接提供 V/℃ ,6μ V/℃ , V/℃ , V/℃ .相差 V/℃，非常小的相差，完全可以忽略，这样电路就变得简单，而且排除了温度对电阻不利影响。 3由于决定最后输出的因素非常多，所以要进行校准，即利用已有的数据进行调整，通过对实验中的滑动变阻器的调整，达到校准的目的，如果还有很大偏差，则对电阻进行更换。 16 4整个补偿电路中的导线，尽量不要使用随温度变化太大的材料，不然会对冷接点补偿造成影响，而且也要控制导线的长度 ，并用绝热性强的材料来包裹导线，尽量减少金属自身的热电动势的产生。 5 利用温度传感器时，会产生一定的噪声干扰，所以要进行滤波（详细部分在第五部分说明）。 （ 3）滤波方法的讨论 1滤波的原因：从传感器的资料说明上发现 LT1025会产生 ，所以要设置滤波环节。 2滤波方法的选择：滤波方法有很多，这里滤波的最终效果是要尽可能把交流信号去掉，所以没必要用带阻滤波电路，只要让滤过的最大值小于。 下面是几种滤波电路的比较。 一阶有源滤波电路： 图 521 一阶有源滤波电路 说明： RC低通电路与负载之间插入一级同相比例放大电路，为一阶 RC低通滤波器，由于同相比例放大器的输入电阻大，输出电阻小，隔离了负载对滤波器的影响，而且还能起放大作用。 17 二阶有源滤波电路：。