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dq057基于MCS51的多功能温度测量仪,毕业设计

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ELECTRONICS QUALITY 23 2005 第 12 期测试技术卷Test Technology0 引言塑料制品因具有容易加工、 生产效率高、节约能源、 绝缘性能好、质量轻、 耐磨和耐腐蚀性强等优点，其使用比例正迅猛增加。而注塑成型是塑料加工中普遍采用的方法之一。该方法制成品效率比其他常规的金属成型方法高，能适用于多种原料，成批、连续地生产， 并且具有稳定的尺寸，容易实现生产的自动化和高速化，具有极高的经济效益。在影响塑料成型加工过程的诸多因素当中，熔体温度是一个最为关键的控制量，本文介绍了温度的检测与控制方法。1. 加工工艺对控制系统的要求根据塑料制品特性和实际控制要求 : 在刚开始加热时， 希望温度上升的速度可以快些，以便缩短上升时间， 但又不能有太大的超调，且希望 PID 控制器参数初值可以在线更改，当温度达到控制要求范围内时，希望其能一直被控制在给定值附近变化，当其超出某一范围时（如高于某一值或低于某一值时）就启动上限报警或下限报警。根据上述要求，决定采用如下加热过程 : 刚开始加热时， 可以采取满功率加热或按满功率的某一比例值加热， 当温度上升到某一值时， 转为按基于 Fuzzy 推理的参数自整定 PID 控制算法得到的控制量进行调节加热，加热方式可通过功能单元决定。 按百分比加热 : 就是以设定值的某一比例值作为控制量来决定PWM 的占空比来控制固态继电器的通断，选定加热比例后，前端机就以该比例决定的固定的 PWM 的占空比来进行加热，该比例值可在线更改。 按设定值加热 : 根据设定值与实际温度的偏差， 采用基于Fuzzy 推理的参数自整定 PID 控制算法得到控制量，按该控制量决定PWM 的占空比进行加热。2. 控制系统原理控制系统由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分主要由信号采集与放大电路、温度补偿电路、 A/D 转换电路、 单片机电路几部分组成。软件包括单片机 AT89C52 程序设计、单片机 AT89C52 与 AT89C2051通信程序设计、单片机 AT89C2051程序设计三个主要模块组成。硬件原理框图如图 1-1 所示。图 1-1 控制系统硬件框图3 控制系统硬件设计3.1 信号采集与放大电路采用 K 型热电偶获得现场的实际温度， 温度采样范围为 0 400，相应地转换的电压信号范围为0 20mv 。 因为系统要控制 8 路工业电炉，所以就要对 8 路温度进行检测采样和控制， 这里采用 CD4051 实现八选一通道选择。电压信号放大采用低零漂移的运算放大器 OP07 ，差分双端输入，可以有效地抑制共模干扰。从热电偶获得的最大有效电压为 20mv ，而 ICL7135 满量程时的电郑长勇，徐勇（安徽建筑工业学院， 合肥230022 ）Zheng Chang-yong Xu Yong(Anhui Insitute of Architecture &Industry, Hefei 230022,China)单片机在温度检测与控制中的应用The Application of Single-chip Microcomputer inTemperature Detecting and Monitoring摘要 : 本文叙述了以 AT89C52 和 AT89C2051 双 MCU 为核心的注塑成型温度检测与控制系统的设计，并介绍了其软、 硬件设计的方法和给出了系统的硬件原理框图、 软件流程图。整个设计简明、 清晰。关键字 : 注塑成型 ； 单片机 ； 流程图中图分类号 ： TM930 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1003-0107(2005)12-0023-03Abstract: The author of this essay elaborates the design of injection moulding temperature detectingand monitoring system by regarding AT89C52 and AT89C2051 such dual-microcomputer as thecenter. The author also introduces the software and hardware design of this system. And the wholedesign is very clear and concise. In addition, the hardware functional block diagram and softwareflowchart of this system is available.Key words:Injection moulding; Single-chip microcomputer; Flow chartCLC number: TM930 Document code: A Article ID:1003-0107(2005)12-0023-03理论与研究Theory and Researchnts 2005 第 12 期24测试技术卷Test TechnologyELECTRONICS QUALITY压为 2V ， 所以放大电路的放大倍数为 100 ， 该放大电路由运放 U4、 U5组成第一级差分式电路， U6组成第二级差分式电路，根据这一放大倍数来取电阻的阻值，该放大电路的放大倍数可由下式计算 ：)(21(9889959621RRRRAAAv+=要保证 AV=-100 ，取 R89=20K ，取R98=20K ，取 R96=20K ， R95为一电位器， 其取范围值为 0 500 ， 所以只要调节电位器 R95， 就可满足要求。3.2 温度补偿电路热电偶分度表是在冷端温度为0 时测定的， 热电偶在实际测量中，当冷端的温度不是 0 时，就不能直接利用分度表得知温度值， 因此必须对热电偶冷端进行温度补偿修正。热电偶测温电路中要有冷端温度补偿电路，冷端补偿方法较多， 这里采用冷端温度补偿器 ( 补偿电桥 ) 来实现温度补偿。该补偿电路的工作原理是热电偶产生的电势经滤波放大后有一定的灵敏度，采用温敏二极管组成的测量电桥的输出经放大器放大后也有相同的灵敏度。将这两个放大后的信号再通过增益为 1 的运算放大器相加，则可以自动补偿冷端温度变化引起的误差。补偿范围在 050，精度可以达到 0.5 。3.3 A/D 转换电路因温度是一个缓慢变化的过程，对采样速率要求不高，为提高抗干扰能力， 采用双积分 A/D 转换器。本文采用 MAXIM 公司的ICL7135 ， MC1403 芯片为 ICL7135 提供基准电压。通常情况下，设计者都是用单片机来并行采集 ICL7135的数据，在这里，作者采用单片机对 ICL7135 进行串行数据采集， 利用该方式具有结构简单、占用单片机资源少等特点。在 ICL7135 与单片机系统进行连接时，如果使用 ICL7135 的并行采集方式， 则不但要连接 BCD 码数据输出线， 又要连接 BCD 码数据的位驱动信号输出端，这样至少需要9 根 I/O 口线，因此，系统的连接比较复杂， ICL7135 的串行接法是通过计脉冲数的方法来获得测量转换结果的，可以通过单片机的定时器T0 或 T1 来作计数脉冲器， 定时器 T0所用的 CLK 频率是系统晶振频率的1/12 ， 因此可利用单片机的 ALE 信号经 74LS74 分频后作为 ICL7135 的脉冲 (CLK) 输入， 便可得到定时器T0 所使用的频率与单片机系统晶振频率的关系，以及 ICL7135 所需频率输入与单片机系统晶振频率的关系。为使定时器 T0 计数脉冲与ICL7135 工作所需的脉冲同步， 可以将 ICL7135 的 BUSY 信号接至AT89C52 的 P3.2(INT0) 引脚上，此时定时器 T0 是否工作将受 BUSY 信号的控制，并且将定时器 T0 的选通控制信号 GATE 位置 1 。 ICL7135 的输入电压与 T0 计数脉冲成线性关系， ICL7135 满量程时对应的有效计数脉冲为 20000, 可以得以下公式 :1000*20000*VVVVfRINMAXININ=式中 : fIN为对应输入电压V IN的计数脉冲，V MAX、V R分别为 ICL7135的最大工作电压和基准电压，且有V MAX=2V R，V R工作时事先通过MC1403 输出端电位器调好。只要V R非常准确，且准确测量出V IN，因 ICL7135 和 AT89C52 的精确度都非常高， 故得到的fIN也可达到很高的精度。3.4CPU 电路作者之所以要用 AT89C52 和AT89C2051 两个单片机，主要是考虑到 AT89C52 要实现的功能比较多，负荷较重， 且其片内 RAM 空间已全部分配完所以采用 AT89C52 作为系统的核心控制芯片， 用 AT89C2051用于产生 PWM 波形去控制固态继电器的导通与截止。4. 控制系统的软件设计根据系统的工作原理及控制要求，考虑软件的总体结构设计， 正确处理各实体之间的联系，为此软件采用模块化的结构设计，自顶向下，逐步细化，利用子程序构成各模块。整个软件系统有良好的可读性、可修改性，易于调试和维护。 下面简述其中三个主要的程序设计。4.1 单片机 AT89C52 程序设计包括主程序设计和中断采样程序设计，主程序流程框图分别如图4-1 所示。图 4-1 主程序流程框图要对 8 路温度进行循环采集，通过定时器 T2 每隔 1s 定时对 8 路温度进行顺序采集，这就要对通道选择， 这可通过 AT89C52 的 P2.0 、P2.1 、 P2.2 对多路开关 CD4051 的地址引脚 A0 、 A1 、 A2 进行控制而实现。在采样中断子程序中，要对看门狗计数器清零，这可通过 AT89C52 的P1.1 来控制 MAX813L 的 WD1 引脚实现， 每次进入中断采样时， 给MAX813L 的 WD1 引脚一个脉冲，从而对其内部计数器清零。获得采样数据后， 要进行处理 ( 如进制转换理论与研究Theory and ResearchntsELECTRONICS QUALITY 25 2005 第 12 期测试技术卷Test Technology等 ) ， 加热模式判别 ( 停止加热、 是否需上下限报警、是按百分比加热还是按基于 Fuzzy 推理的参数自整定 PID 控制加热等 ）， 与 AT89C2051进行通信，将获得的控制量传送给AT89C2051 以实现 PWM 波形的生成，偏差和偏差变化率存取计算 ( 因有 8路温度数据，对应就需给它们分配存储空间， 以方便存取和计算 ) 。4.2 单片机 AT89C52 与 AT89C2051通信程序设计AT89C52 经采样处理后， 需将得到的控制量传送给 AT89C2051 ，AT89C2051 根据获得的控制量通过软件产生 PWM 控制信号。 这就需安排好 AT89C52 与 AT89C2051 的通信协议，这里 AT89C52 与 AT89C2051之间采用四位数据线并行通信， 所以在通信前需将 AT89C52 发送的控制量拆成半字节后放入发送存储单元。 在进行通信时， AT89C52 通过引脚 P0.4 发联络信号， AT89C2051 收到 AT89C52 发送的联络信号后， 通过引脚 P3.4 给 AT89C52 发应答信号， AT89C52 收到 AT89C2051 的应答信号后，就开始给 AT89C2051 发送数据。单片机 AT89C52 与 AT89C2051通信程序框图如图 4-2 所示。4.3 单片机 AT89C2051 程序设计利用 AT89C2051 来完成 PWM 波形的发生， AT89C52 只需将经运算后得到的控制量送给 AT89C2051 ，这样， AT89C52 的负荷就减轻了， 有利于提高整个系统的工作性能。 而AT89C2051 只管 PWM 波形的发生，有利于提高控制精度，获得较好的实时性，且电路结构相当简单，八路输出，只需要一片 AT89C2051 ，和一简单的驱动电路。其工作过程也十分简单 :AT89C2051 经软件算法后获得 PWM 波形，八路输出采用循环输出， 因每路数据的更新时间非常短，不会影响控制的实时性，然后通过驱动电路驱动后去控制固态继电器的闭合时间。单片机 AT89C2051 程序框图如图 4-3 所示。5 结束语本系统选用单片机 89C52 作为核心控制芯片，具有成本低、体积小、集成度高、可靠性高等特点， 是一种较理想的选择。 设计方法上，将软件工程的思想引用于单片机系统的设计，使系统的信息流向及整体功能设计简单明确、清晰。 参考文献 : 张友德，赵志英， 涂时亮 . 单片微型机原理、应用与实验（实验版） M. 上海 : 复旦大学出版社， 1995. 孙涵芳 .Intel 16 位单片机 M. 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1998. 杨立， 邓振杰， 荆淑霞 . 微型计算机原理与接口技术 M. 北京 : 中国铁道出版社，2005.图 4-2 AT89C52 与AT89C2051 通信子程序框图图 4-3 AT89C2051 程序框图答案1 C2 A3 B4 B 、 C 、 D5 A 、 B 、 D6 A 、 B7 A 、 B 、 C8 A 、 B9 A10 A 、 B 、 D理论与研究Theory and Researchnts电 子 科 技 大 学 学 士 学 位 论 文 论文题目 一种动态温度测量系统的开发 学生姓名 杨丹 学 号 2308201015 专 业 工业工程 学 院 机械电子工程学院 指导教师 郭辉 指导单位 机械电子工程学院 2007 年 06 月 05 日 nts第三章 温度测量 第一节 温度测量概述 一 、 温度与温标 （ 一 ） 温度 温度是表征物体冷热程度的物理量 温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量 温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量 nts 温度的 宏观概念 是建立在热平衡基础上的。任意两个冷热程度不同的物体相互接触，它们之间必然会发生热交换现象，热量要从温度高的物体传向温度低的物体，直到两物体之间的温度完全一致时，这种热传递现象才能停止。这也就是热力学第零定律所描述的，系统温度相等是建立热平衡的充要条件。 nts 温度的 微观概念 表明：物体温度的高低标志着组成物体的大量分子无规则运动的剧烈程度，即对其分子平均动能大小的一种量度。显然物体的物理化学特性与温度密切相关。 nts 温度的测量 当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是 测温的依据 。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。 nts 虽然有不少物体的某些性质或状态 （ 如电阻 、体积 、 电势等 ） 会随温度的变化而变化 ， 但并不是所有的物质都可制作成温度计 。 选作温度计的物质 ， 其性质必须满足以下条件： 物质的某一属性 G仅与温度 T有关 ， 即 G = G(T)， 且必须是单调函数 ， 最好是线性的 。 随温度变化的属性应是容易测量的 ， 且输出信号较强 ，以保证仪表的灵敏度和测量精确度 。 应有较宽的测量范围 。 有较好的复现性和稳定性 。 nts（三）温标 温标是温度数值化的标尺。它规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。各种温度计的刻度数值均由温标确定。 nts 1 经验温标 它是借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系 ， 用实验方法或经验公式所确定的温标 。 nts 摄氏温标 摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为 0度，水沸点为 100度，中间等分为100格，每格为摄氏 1度，符号为 。 nts 华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为 32度，水沸点为 212度，中间等分 180格，每格为华氏 1度，符号为 。 它与摄氏温标的关系为： 5C F 3 29nts 类似的经验温标还有兰氏、列氏等 经验温标的缺点在于它的局限性和随意性 nts 2 热力学温标 热力学温标又称开氏温标（ K）或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标，已由国际权度大会采纳作为国际统一的基本温标。 nts 热力学中卡诺定理指出： 一个理想的卡诺机，当它工作于温度为 T2的热源与温度为 T1的冷源之间，它从热源中吸收的热量 Q2与向冷源中放出的热量 Q1，应遵循以下关系： 这就是建立热力学温标的物理基础。如果指定了一个定点温度数值，就可以通过热量比求得未知温度值。 1122TQTQnts 热力学温标规定水在标准大气压下的三相点为 273.16K， 沸点与三相点之间分为 100等分 ， 每等分 1K， 将水的三相点以下 273.16K定为绝对零度 （ 0K） 。 nts 3 国际温标 为了使用方便 ， 国际上经协商 ， 决定建立一种既使用方便 ， 又具有一定科学技术水平的温标 ， 这就是国际温标的由来 。 具备的条件： 尽可能接近热力学温标 复现精度高 ， 各国均能以很高的准确度复现同样的温标 ， 确保温度量值的统一 用于复现温标的标准温度计 ， 使用方便 ， 性能稳定 nts 国际实用温标 是用来复现热力学温标的 ， 简称 IPTS-68， 它是由 1968年国际权度会议通过的 。这个温标经过 20多年使用 ， 发现了一些问题 ， 已无法满足现代科学发展对温度测量的要求 。 国际计量委员会决定用 1990年国际温标 （ ITS-90） 代替 IPTS-68。 在 1990年国际温标中指出，热力学温标是基本物理量。单位开尔文，符号为 K。它规定水的三相点热力学温度为 273.16K，定义开尔文一度等于水三相点热力学温度的 1/273.16。 nts 在 ITS-90中同时使用国际开尔文温度 （ 符号为 T90） 和国际摄氏温度 （ 符号为 t90） ， 其关系为 t90 = T90 273.15 T90单位为开尔文 （ K） ， t90单位为摄氏度（ ） 。 这里所说的摄氏度符合国际实用温标（ ITS-90） 的规定 。 nts ITS-90的一些规定如下： 由 0.65K到 4He临界点 （ 5.2K） 温度范围为一温度段 ， 在此温度段内用 3He和 4He周期压力与温度的关系来确定温度 。 由 4He沸点 （ 4.2K） 到氖三相点 （ 24.6K） 温度范围内 ， T90的确定采用在三个规定温度点分度过的 3He或 4He气体温度计内插 。 这三个点分别是氖三相点 （ 24.6K） 、 平衡氢三相点 （ 13.8K）和 4He正常沸点 （ 4.2K） 。 nts 由 平 衡 氢 三 相 点 （ 13.8K ） 到 银 凝 固 点（ 962 ） ， 这个温度段内 ， 标准仪器应用铂电阻温度计 。 银凝固点 （ 962 ） 以上温度区间采用普朗克定律外推 。 nts二、温度标准的传递 与国际实用温标有关的基准仪器均由国家指定机构（我国由中国计量科学研究所）保存，并通过下级计量机构（如省、市级的技术监督局）进行传递，通常采用较高级对较低级进行校验。 nts三、温度测量方法及测量仪表的分类 温度不能直接测量 ， 而是借助于物质的某些物理特性是温度的函数 ， 通过对某些物理特性变化量的测量间接地获得温度值 。 根据温度测量仪表地使用方式 ， 通常可分类为接触法 与 非接触法 两大类 。 nts1. 接触法 当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量， 这种测温方式称为接触法 。 特点： 温度计要与被测物体有良好地热接触，使两者达到热平衡。 nts2.非接触法 利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度， 这种测温方式称为非接触法 。 特点： 不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小。 通常用来测定 1000 以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。 nts 按工作原理来划分，也根据温度范围（高温、中温、低温等）或仪表精度（基准、标准等）来划分。 nts3.测量仪表的分类 接触式测温法是使感温元件直接与被测物体或直接与被测介质接触，感受被测物体或被测介质的温度变化。 膨胀式、压力式、热电阻与热电偶温度计 nts 非接触式测温仪表是采用感温元件与被测物体不直接接触的方法来测量温度。 在高温范围内，用直接接触测温法非常困难，可采用非接触式测温法，利用物体的热辐射特性对物体的温度进行非接触式测量。 光学高温计 、比色高温计、辐射高温计 nts第二节 膨胀式温度计 膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计，主要有 液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计 三种。 nts一、液体膨胀式温度计 1. 测温原理 2. 主要特点 3. 分类 4. 测温误差分析 nts二、固体膨胀式温度计 它是利用两种线膨胀系数不同的材料制成，有杆式和双金属片式两种。 nts三、压力式温度计 它是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。 nts 工作介质是气体、液体或蒸气 简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性 动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度 nts第三节 热电偶温度计 热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。 它将温度信号转换成电势（ mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。 具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。 nts 它既可以用于流体温度测量，也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。 并且直接输出直流电压信号，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。 nts铠装热电偶图型 WRTK2-434/ 8*1000mm 铠装固定卡套法兰热电偶 WRSK-143/ 6*1000mm Gh3030 铠装防爆热电偶 WRNK-332/ 4*1000mm Gh2520 铠装可动卡套螺纹热电偶 nts一、热电偶的测温原理 两种不同的导体（或半导体） A和 B组成闭合回路，如下图所示。当 A和 B相接的两个接点温度 T和 T0不同时，则在回路中就会产生一个电势，这种现象叫做 热电效应 。由此效应所产生的电势，通常称为 热电势 ，用符号EAB（ T， T0） 表示。 B A T T0 参考端 冷端 工作端 热端 nts 图中的闭合回路称为 热电偶 ，导体 A和 B称为热电偶的 热电极 。热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为 T）中的接点称为 工作端或热端 ，温度为参考温度 T0的一端称为 参考端或冷端 。热电偶产生的热电势由两部分组成： 接触电势和温差电势 。 nts1接触电势 nts 接触电势用 EAB(T)表示，其数值可用下式表示 式中 e 单位电荷 ， 4.802X10-10静电单位； K 波尔兹曼常数 ， K=1.38 10-23J/K； NA(T)、 NB(T) 材料 A、 B在温度为 T时的自由电子密度； T A、 B接触点的温度 ， K。 AABBN ( T )KTE ( T ) l ne N ( T )nts 从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决于 两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低 。 温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。 nts2 温差电势 温差电势可表示为 式中符号同前式。 0TA 0 ATAK1E ( T , T ) d ( N T )eNnts3 热电偶闭合回路的总热电势 对于由 A和 B两种导体组成的热电偶闭合回路 ， 设两端温度接点温度分别为 T和 T0，且 TT0， NANB；那么回路中存在两个接触电势 EAB(T) 和 EAB(T0)， 两个温差电势EA(T,T0)和 EB(T,T0)。 因此回路的总热电势为 A B 0 A B A B 0 B 0 A 0E ( T , T ) E ( T ) E ( T ) E ( T , T ) E ( T , T ) nts 进行推导整理后，可得 对于确定的材料 A和 B， NA和 NB与 T的关系已知，则上式可简写成下面的形式 EAB(T,T0)= f(T) f(T0) 如果冷端温度 T0保持恒定 ， 这个热电势就是热端温度 T的单值函数 ， 即 EAB(T,T0)= f(T) C 0TAA B 0 TBN ( T )KE ( T , T ) l n d Te N ( T ) nts 两个 热电极 nts 热电偶接点 nts从以上式子可以得到如下结论： 热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关 ， 与热电偶丝的直径 、 长度及沿程温度分布无关 。 只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶 ，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势 。 热电偶的两个热电极材料确定之后 ， 热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关 。 如果 T0已知且恒定 ， 则 f（ T0） 为常数 ， 回路总热电势EAB（ T， T0） 只是温度 T的单值函数 。 nts 工程上所使用的各种类型的热电偶均把E(t)和 t的关系制成易于查找的表格形式，这种表格称为 热电偶的 分度表 。 nts二、热电偶的基本定律 1 均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。 nts 这条规律还要求热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均匀性引入误差。 nts2 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体 ， 只要第三种导体两端温度相同 ， 该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响 。 同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。 nts 该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或导线的影响。 该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。 nts3 中间温度定律 热电偶回路中，两接点温度分别为 T、 T0时的热电势，等于接点温度为 T、 TN和 TN、 T0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0) nts 该定律说明当热电偶参比端温度 t00 时，只要能测得热电势 E(t,t0)，且 t0已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度 t值。 nts4.连接导体定律 在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料 A和 B分别与连接导体 A和 B相连接，各有关接点温度为 t， tn和 t0，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于 t和 tn温度条件下的热电势 EAB(t,tn)与连接导线 A和 B两端处于 tn和 t0温度条件下的热电势 EAB(tn,t0)的代数和。 EABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB(tn,t0) nts 中间温度定律和连接导体定律 是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。 nts1. 热电偶 分度号 测量端温度 ( ) 参考端温度 ( ) 热电势 (mV) S 1300 0 B 1400 8.914 K 30 34.111 T -145 -5.324 E 805 35 J 565 15 13.155 15 850 20 59.304 30.306 nts2.用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所示，当热电偶具有相同的参考端温度 t0时，问在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是否一样？为什么？ nts3.用两支分度号为 K的热电偶测量 A区和 B区的温差，连接回路如右图所示。当热电偶参考端温度 t0为 0 时，仪表指示200 。问在参考端温度上升 25 时，仪表的指示值为多少？为什么？ nts三、常用热电偶的材料、结构和分类 1热电偶的材料 虽然任意两种导体或半导体材料都可以配对制成热电偶 ， 但是作为实用的测温元件 ， 对它的要求却是多方面的 。 （ 1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可能呈线性的函数关系。 nts （ 2） 能应用于较宽的温度范围 ， 物理化学性能 、 热电特性都较稳定 。 即要求有较好的耐热性 、 抗氧性 、 抗还原 、 抗腐蚀等性能 。 （ 3） 要求热电偶材料有高导电率和低电阻温度系数 。 （ 4）具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。 nts2. 热电偶结构 （ 1）热电极 （ 2）绝缘套管 （ 3）保护套管 （ 4）接线盒 nts2. 标准化热电偶 （ 1）廉金属热电偶 1） T型（铜康铜）热电偶 2） K型（镍铬镍铝或镍硅）热电偶 3） E型（镍铬康铜）热电偶 4） J型（铁康铜）热电偶 nts（ 2）贵金属热电偶 1） S型（铂铑 10铂）热电偶 2） R型（铂铑 13铂）热电偶 3） B型（铂铑 30铂铑 6）热电偶 nts3.非标准化热电偶 （ 1）钨铼系热电偶 （ 2）钨铱系热电偶 （ 3）其他非标准化热电偶 nts四、热电偶测温系统 热电偶测温系统是由热电偶 、 补偿导线 、 测量仪表及相应的电路构成的 。 nts（一）热电偶参考端的温度处理 1. 补偿导线法 原理： 在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。 补偿导线 补偿导线 回路总热电势为 E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0) E=EAB(T,T0) EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0) nts 常用补偿导线的结构分为 普通型 和 带屏蔽层型 两种 按照补偿原理分为 补偿型 及 延伸型 两种补偿导线 按使用温度可分为 一般用 （ 0 100 ）和 耐热用 （ 0 200 ） nts2. 计算修正法 当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度 T0处（通常是环境温度），然后再对冷端温度进行修正。 nts3. 冷端恒温法 （ 1）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为 0 ，但使用起来不大方便。 （ 2）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内 nts4.补偿电桥法 补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。 nts nts（二）热电偶的检定和误差分析 1. 热电偶的检定 为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种， 比较法 和 定点法 。 用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为 比较法 。 nts nts2. 热电偶测温误差分析 （ 1） 分度误差 ：指检定时产生的误差，其值不得超过允许误差。 （ 2） 冷端温度引起的误差 （ 3） 补偿导线的误差 ：它是由于补偿导线的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的 nts（ 4） 热交换所引起的误差 （ 5） 测量线路和显示仪表的误差 （ 6） 其他误差 nts（三）热电偶的使用与安装 1. 使用注意事项 2. 安装原则 nts第三节 电阻温度计 WZP2-240/A级 3线 300/150mmE(0-300 )隔爆热电阻 WZC-111/12*1000mm Cu50铜热电阻 WZPK2-103/B级 6*515mm(0-300 )铂热电阻 nts 导体或半导体的电阻率与温度有关，利用此特性制成电阻温度感温件，它与测量电阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。 优点：测温准确度高，信号便于传送。 缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。 nts一、热电阻的特性 热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。 铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也是我国国标化的热电阻。 nts 电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化 1 时的电阻相对变化量，单位为1/ 。 00 0 0()ttttRR RR t t R t nts 大多数金属热电阻随其温度升高而增加 ， 当温度升高 1 时 ， 其阻值约增加 0.4%0.6%， 称具有正的电阻温度系数 。 电阻值 Rt与温度 t（ ）的关系可表示为 Rt = R0（ 1 + At + Bt2 + Ct3） 式中 Rt 温度为 t 时金属导体的电阻； R0 温度为 0 时金属导体的电阻； A、 B、 C 与金属材料有关的常数。 nts 大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小 ， 当 温 度 升 高 1 时 ， 其 阻 值 约 减 小3%6%， 称具有负的电阻温度系数 。 电阻值 RT与热力学温度 T（ K） 的关系可表示为 RT = RT0exp B (1/T) B (1/T0) 式中 ， RT0 热力学温度 T0（ K） 时的电阻值； B 与半导体材料有关的常数。 nts 虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在着一定的关系 ， 但并不是所有的金属或半导体都能做成电阻温度计 。 用于测温的热电阻 （ 或热敏电阻 ） 应满足以下要求： （ 1） 电阻温度系数要大 ， 以得到高敏感度； （ 2）在测温范围内化学与物理性能要稳定； nts（ 3） 复现性要好； （ 4） 电阻率要大 ， 以得到小体积的元件 ， 进而保证热容量和热惯性小 ， 使得对温度变化的响应比较快； （ 5） 电阻温度特性尽可能接近线性 ， 以便于分度和读数； （ 6）价格相对低廉。 nts 目前已被采用的电阻温度计具有如下特点： （ 1） 在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计； （ 2） 灵敏度高 ， 当温度升高 1 时 ， 大多数热电阻的阻值增加 0.4%0.6%， 半导体材料的阻值降低3%6%； （ 3）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较差。 nts 热电阻的电阻值与温度的关系特性有三种表示方法： 作图法 函数表示法 列表法 nts二、常用热电阻元件 1 铂热电阻 特点： 精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。 缺点： 电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。 nts 在 200 0 范围内 ， 铂的电阻温度关系为 Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t 100 )t3 在 0 650 范围内 ， 其关系为 Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 ) 式中 ， A、 B、 C 分度常数 。 nts 铂的纯度用百度电阻比 W（ 100） 表示 ， 即 W（ 100） = R100 / R0