毕业设计（论文）-基于热电偶温度传感器的高速测温系统设计

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1、热电式传感器温度控制系统设计高等教育自学考试毕业论文学生姓名：考籍号：　专业年级：电子工程题目：热电式传感器温度控制系统设计指导教师：　向诚(姓名)(专业技术职务)评阅教师：　　(姓名)(专业技术职务)2012年3月热电式传感器温度控制系统设计目　　录中文摘要I1　绪论12　系统原理概述32.1　快速测温的算法实现32.2　热电偶测温基本原理42.3　热电偶冷端补偿方案确定52.3.1　分立元气件冷端补偿方案52.3.2　集成电路温度补偿方案62.3.3　方案确定72.4　硬件组成原理72.5　软件系统工作流

2、程73　硬件设计93.1　热电偶简介93.1.1　热电效应93.1.2　热电偶基本定律113.1.3　热电偶温度补偿113.1.4　热电偶的结构形式123.1.5　K型热电偶概述133.1.6　K型热电偶特点143.2　具有冷端补偿的数字温度转换芯片MAX6675功能简介14热电式传感器温度控制系统设计3.2.1　冷端补偿专用芯片MAX6675性能特点153.2.2　冷端补偿专用芯片MAX6675温度变换163.2.3　冷端补偿专用芯片MAX6675的冷端补偿问题173.2.4　冷端补偿专用芯片MAX6675

3、的热补偿跟噪声补偿问题173.2.5　冷端补偿专用芯片MAX6675测量精度的提高方法173.2.6　冷端补偿专用芯片MAX6675的温度读取173.3　单片机选择及部分功能简介183.3.1　AT89C51单片机的SPI实现203.4　路同相三态双向总线收发器74LS245213.5　硬件电路详细设计213.5.1　温度采集电路213.5.2　显示电路223.5.3　报警电路243.5.4　单片机控制电路254　软件设计264.1　主程序设计274.2　温度采集转换程序设计284.3　显示程序设计305　系

4、统仿真315.1　Proteus概述315.2　系统仿真结果31结束语33致谢34参考文献35热电式传感器温度控制系统设计基于热电偶温度传感器的高速测温系统设计摘　　要　　本文主要介绍了基于热电偶温度传感器的快速测温系统的设计。本文综合考虑到热电偶的热惰性时间常数问题，采用快速算法实现了温度快速测量的功能。快速算法思想是：在等时间间隔内快速采集三个温度数据，然后根据它们与热时间常数、初始温度以及稳定后的温度之间的关系，最后得出稳定后温度的数学计算公式，从而得到所测量的温度值。　　本文采用了带有冷端补偿的温度转

5、换芯片MAX6675、K型热电偶、89C51单片机、数码管等元器件设计了相应温度采集电路、温度转换电路、温度控制电路、超量程报警电路、数码管显示电路。结合硬件电路给出了相应的软件设计，测温精度可达到0.25℃。本系统的工作流程是：首先热电偶采集温度，数据经过MAX6675内部电路的处理后送给单片机进行算法处理，最后通过数码管电路显示出测量温度。本设计最后对系统进行了protuse的调试和仿真，实现了设计的要求。关键词　温度传感器　热电偶　热时间常数　冷端补偿36热电式传感器温度控制系统设计1　绪论　　温度是反

6、映物体冷热状态的物理参数，对温度的测量在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工、国防、科研等领域中有广泛地应用。在某些特殊的场合对温度的检测速度有很高的要求，例如：在测量汽车发动机吸入空气的温度的时候，就要求热响应时间小于1s；航天飞机的主发动机的温度测量要求0.4s内完成等。因此针对以上问题就有人提出温度快速测量的思想。　　通常用来测量温度的传感器有热电阻温度传感器、热敏电阻、热电偶、半导体温度传感器等几种。这些常用温度传感器一般的温度测量中可以满足响应速度的问题。但在特殊的场合就不能达到快速检测

7、的要求，例如在气体温度测量时候，由于温度传感器自身的热滞特性，而气体传热过程又比较缓慢，气体温度测量就有很大滞后。工业常用的精度较高的温度传感器有铂热电阻、半导体温度传感器等。铂热电阻具有温度测量范围大、重复性好、精度高等特点，但是响应不是很快，特别是在对气体温度测量时至少要几秒钟，在某些工作环境比较特殊的场合，如高压环境下，还需使用铠装的铂热电阻，更是延缓了热响应速度。半导体温度传感器分热敏电阻和PN结型温度传感器两种。热敏电阻非常适合对微弱温度变化的测量，但是缺点是非线性严重；PN结型的特点是体积小、线性

8、输出、精度高，但是不能使用在液体环境，对气体温度变化响应也较慢[1]。所以用温度传感器一般都存在着对气体温度变化响应较慢的问题。在对温度实时性测量要求比较高的系统，运用常用温度测量方法很难做到对温度的快速测量，对系统的精度影响就很大。　　在工业过程控制与生产制造领域普遍使用具有较高测温精度及测温范围的热电偶做测温元件。在工业标准热电偶中,K型(镍铬-镍硅)热电偶由于具有价格低廉、输出热电势值较大、热