目的
1．掌握热电偶温度计原理及工作特性。
2．学会查阅热电偶分度表。
3．观察温差电效应，了解热电偶的结构。
4．熟悉CSY仪器的主要结构与工作流程
引言
将两种不同金属丝的末端彼此分别焊接在一起(称为“结”)组成一个回路，并使该结点处于不同的温度下，则回路中就有电动势存在，这种现象称为温差电效应，这个电动势称为“温差电动势”，该回路则称为“温差电偶”或“热电偶”。
温差电偶的主要用途是测量温度。这是把非电学量(温度)转化为电学量(电动势)进行测量的一个实例。
用温差电偶测量温度具有许多优点。第一是测温范围广，选用不同的热电偶可以从
一200℃测到2000℃；第二是它的测量准确度和灵敏度都比较高，可以检测出10-3C的微小温度；第三是温差电偶测温端的受热面积和热容量都可做得很小，因而对测温对象的热状态影响很小，可用来测量很小空间范围内的温度或微小的热量；第四，它的滞后效应很小(即响应快)，可以测量变化中的温度。总之它的这些优点是液体(如水银、酒精)和气体温度计无法比拟的。
温差电偶的温差电动势虽主要取决于选用的材料和两个接点的温度，但材料中所含的杂质以及加工工艺也有一定的影响。因而尽管都是由同样两种材料组成的温差电偶，但它们的温差电动势与温度的关系并不完全相同，所以对每一支焊好的温差电偶，都应先进行分度，即定出温差电动势和温度的确定关系，然后才能用它去测量温度。本实验将对铜一康铜温差电偶进行分度。
实验原理
如图1所示，把两种不同材料的金属丝焊接成回路，如果两接点所处的温度不同，回路中将有电动势产生，这种现象称为温差电效应，所产生的电动势叫做温差电动势(热电动势)；两种金属组成的回路叫做热电偶(温差电偶)。其中温度较高的一端叫做热端(工作
端)，温度较低的一端叫做冷端(自由端)。
T1
T0 A
B
组成温差电偶的两种不同金属，在它们的接触面结两侧产生一个接触电位差(玻耳帖电动势）。同一金属丝两端处于不同的温度下也产生一个电位差(汤姆孙电动势)。温差电偶所产生的温差电动势就是这两种电动势之和。其大小除了和组成温差电偶的金属材料有关外，还与两接点的温度有关。
实验表明，温差电动势和温差的关系为：
εt=a(T l-T。)+ 1/2b(T-T。)2
式中：T1为热端温度，T 。为冷端温度。a ,b 是取决于热电偶组成材料的常数，而b 远小于a(b 的大小大约只及几千分之一a 值)，所以，当温度差不太大时，上式可以近似地写成：
εt=a(T l -T 。)
式中a 称为热电偶常数或热电动势率，在数值上等于单位温度差所产生的电动势，它的大小仪与组成热电偶的材料有关，和金属丝的粗细，焊接点的大小、形状无关。
1．热电偶的测温原理
把两种不同的导体或半导体连接成一闭合回路（接点焊接或熔接），如图6.1.1所示。如两接点分别处于不同的温度T 和T 0，则回路中就会产生热电动势，这种现象称作热电效应。同时把这个电路叫做A 、B 组成的热电偶，每根单独导体或半导体称为热电极。两个接点，一个称工作端或热端，另一个叫自由端或冷端。常用热电偶有铂－铂铑热电偶、铜－铁热电偶、
铜－康铜热电偶等。
在图6.1.5所示的热电偶回路中，产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。温差电势是在同一导体的两端因温度的不同而产生的一种热电势，由于材料中高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端扩散到低温端的电子数比从低温端扩散到高温端的电子数多，结果使高温端失去电子而带正电荷，低温端得到电子而带负电荷，产生一附加的静电场。此静电场阻碍电子从高温端向低温端的扩散，在达到动态平衡时，导体的高温和低温端间有一个电位差V T －V T 0，此即温差电势。在热电偶回路中，导体A 和B 分别有自己的温差电势e A （T ，T 0）和e B （T ，T 0）。
接触电势的产生原因是两种导体材料的电子密度和逸出功不同。这样，当两种导体接触时，电子在其间扩散的速率就不同，使一种导体因失去电子而带正电荷，另一种导体因得到电子而带负电荷，在其接触面上形成一个静电场，即产生了电位差，这就是接触电势，其数值取决于两种不同导体材料的性质和接点的温度。在热电偶回路中两个接点分别有不同的接触电势e AB （T ）,e AB （T 0）。
由于温差电势和接触电势的影响，在热电偶回路中产生的总热电势可表达为 ),()(),()(),(0000T T e T e T T e T e T T E A AB B AB AB --+= （6.1.1） 它是材料和温度的函数，对确定的热电偶材料，热电势E AB (T ,T 0)是温度T 和T 0的函数差
)()(),(00T f T f T T E AB -= （6.1.2）
如果使某接点温度固定（常取水的三相点温度作为T 0），则总电势成为温度T 的单值函数
)(),(0T T T E AB ?= （6.1.3）
这一关系式可通过实验获得。得到)(T ?后，我们测出热电偶接点处于某未知温度时的E AB 值（另一接点温度T 0），就可得到此温度值。
2．有关热电偶回路的基本定律 （1）均质导体定律
如果只用一种均质导体组成闭合回路，则不论其导体是否存在温差，回路中均不会产生
电流（即不产生电动势）；反之，如果回路中出现电流，则恰好证明此导体是非均质的。本定律是校验热电偶的材料是否均匀一致的重要依据。
如果热电偶两接点温度相同，则无论导体由何种材料制成，热电偶回路内的总热电势亦为零。
（2）中间导体定律
在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电动势没有影响。如图6.16所示
这条基本定律十分重要，有了这条基本定律，我们就可以在热电偶回路中引入各种显示仪表和连接导线等，而且也可以采用各种焊接方法来焊制热电偶，只要保证引入的中间导体两端的温度相同，就不致影响热电偶回路的热电势。
（3）中间温度定律
热电偶的热电势只与接点的温度有关，与导体的中间温度分布无关。
），（31T T E AB =）
，（21T T E AB +），（32T T E AB （6.1.4） 中间温度定律为制定热电偶的分度表奠定了理论基础。根据这一定律，只要列出冷端温
度为0℃时的热电势，均可按式（6.1.4）计算求得，这样，就可以对热电偶冷端温度进行修正，而且，这条基本定律也是工业测温中应用补偿导线的理论依据，因为只要匹配与热电偶的热电性质相同的补偿导线，便可使热电偶的冷端远离热源，而不影响热电偶的测量精度。
正是由于上述这些性质，才使我们对热电偶的热电势的测量成为可能，在实际使用中我们往往需要在热电偶回路里接入各种仪表（如电位差计、灵敏电流计）、连接导线等。但只要与这些器件相接的各接点的温度保持相同，就不必担心对热电势产生影响，而且也允许用任意的焊接方法来焊制热电偶。
需要注意，只有当组成热电偶材料的化学成分和物理状态是均匀的时，才有上述结论成立，如材料的理化性质不均匀（如组分有变化、结构不均匀等），就会引入难以确定的附加电动势而使结果产生较大的误差。
3．实验测量公式
热电偶的热电势E 和温度T 之间的关系是利用分度表的形式来表达的，在制分度表时，通常采用热电偶的冷端温度T 0=0℃条件下测得的，所以在使用热电偶时，只有满足T 0=0℃的条件，才能直接使用分度表。在实际工况环境中，由于冷端温度不是0℃而是某一温度
Tn ，因此在使用分度表前要对所测电动势进行修正。
E （T ，T 0）= E （T ，T n ）+ E （T n ，T 0） （6.1.5）
即： 实际电动势 = 仪表指示值 + 温度修正值
式中E 为热电偶的电动势，T 为热电偶的测温端温度，T 0为热电偶参考端温度为0℃，Tn 为热电偶参考端所处的温度。
实验仪器
传感仪、温度电压转换表（数字电压表）、差动放大器、加热器、铜一康铜温差电偶、主、副电源、导线若干、铜一康铜温差电偶分度表。 实验内容及步骤
1．准备工作。将F/V 表至置2V 挡，差动放大器增益置最大（顺时针方向旋到底）。 2．差动放大器调零。将差动放大器的“+、-”输入端及地短接，输出端接F/V 表的输入；开启仪器总电源及右下角15V 电源开关，调节差动放大器调零旋钮使F/V 表显示为零，拔掉“+、-”输入线，关闭主副电源。
3．按下图接线，检查电路确认无误后通电，记录F/V 表的读数------，测出室温tn= ------，查分度表得E AB （tn ，to ）= ------。
4．接上加热器，观察F/V 表的读数变化，带加热温度不再上升时（即F/V 表读数稳定），记录F/V 表的读数------，计算E AB （t ，tn ）=F/V 显示÷（100×2）= ------。
5．计算E AB （t ，to ），查分度表得测量端温度t= ------。
E AB （t ，to ）= E AB （t ，tn ）+ E AB （tn ，to ）
式中t 被测量温度；to 参考温度；tn 室温。
-15V
T
数字电压表
加热器
热电偶测温电路图
注意事项
使用直流数字电压表测量时注意要先调零。
思考题
1．用温差电偶测温有哪些优点?
2．何为温差电偶分度?分度时应注意什么?
3．使用数字电压表测量时应注意什么?
4．用已分度好的温差电偶测温度T时，若冷端温度不是0 C而是10 C，测出的温差电势e＝3.00mV，请说明测得的温度T是多少度?
附录Ⅰ
铜—康铜热电偶分度表
Pt100热电阻的测温电路 [摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。 [关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量
目录 1 前言 (4) 1．1 传感器概况 (4) 1．2 设计目的 (7) 2 设计要求 (8) 2．1 设计内容 (8) 2．2 设计要求 (9) 3 原器件清单 (10) 4 Pt100热电阻的测温电路 (11) 4．1 总体电路图 (11) 4．2 工作原理 (11) 5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12) 5．1 测温电路的工作原理 (12) 5．2 测温电路的实现 (14) 5．3 测量结果及结果分析 (15) 6 制作过程及注意事项 (16) 6．1 制作过程 (16) 6．2 注意事项 (17) 7 总结 (18) 8 致谢 (19) 参考文献 (20)
热电偶测温系统 实验报告书 班级：铁道自动化091班 小组成员：何俊峰、严云钧、王鹏远、倪森 瑜、康宁
目录 一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理 2热电偶的补偿方法 3热电偶的实际应用 二热电偶测温系统的相关介绍 1线路原理图 2主要原件及其作用 3调试方法及其注意事项 三实验收尾及总结报告 1处理实验数据 2 实验总结
一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理 （1）概况：热电偶是一种感温元件,热电偶的工作原理这就要从热电偶测温原理说起。一次仪表，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(二次仪表)转换成被测介质温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势—热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶回路中接入第三种金属资料时,只要该资料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将坚持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。 B热电偶工作原理：两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会发生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度丈量的其中，直接用作丈量介质温度的一端叫做工作端(也称为丈量端)另一端叫做冷端(也称为弥补端)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，将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度 （2）分类：（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶 铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。 S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，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。 S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，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。 （R型热电偶）铂铑13-铂热电偶 铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。 R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，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S
热电偶测温不准解决方案总结 热电偶作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一，在水泥厂和钢铁厂使用的很多，主要用在链篦机和回转窑上等设备上。这次在现场就用到了三种型号的热电阻，分别是K，N和S型的。经过一段时间的使用，发现并不是很理想。经检测，链篦机的一些风箱现场实际温度比中控显示低50℃左右，由此可见热电偶出现测温不准问题还是很常见的。 造成热电偶失准的常见原因： ◆的补偿导线接反。这主要是安装时出现的问题，负责接线的人员一 时的粗心造成，属人为因数。当出现热电偶的接反情况时，中控画 面的显示通常比实际值偏大或偏小。 ◆补偿电阻故障。此类故障表现为热电偶接上后温度显示值缓慢上升 或下降。 ◆的补偿导线绝缘层被磨破，造成信号回路接地。这主要是因为补偿 导线较硬，而且在接线盒内又未被安放平整，处理故障时多次旋拧 接线盒盖碰到补偿导线而将其磨破。此类故障反映在中控画面上其 温度示值一般偏小。 ◆接线盒内接线端子接触不良。因补偿导线和热电偶的导线都比较 硬，所以现场检修时紧固接线比较困难，有时候开始把导线拧紧了 但过段时间随着导线的变形又松了。此类故障反映在操作员控制站 上的温度示值为无显示或显示值超量程。 ◆热电偶的头部严重磨损。由于链篦机和回转窑内的粉尘和烟气对热 电偶的头部包括护套管冲刷后严重磨损，将护套管改由耐磨钢材料 制成后，才消除了此类故障隐患。 ◆信号屏蔽系统DCS柜内接地不良。由于热电偶出来的信号时mv级 信号,因此很容易在传到中控时受到干扰，此类故障极容易造成电 荷在信号线上积累，引起信号漂移或晃动。 这次这边的问题主要出现在补偿导线上。 下面对热电偶补偿导线作一个详细的解释：
湖南大学实验指导书 课程名称：实验类型： 实验名称：热电阻热电偶温度传感器校准实验 学生姓名：学号：专业： 指导老师：实验日期：年月日 一、实验目的 1.了解热电阻和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.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理 4.掌握电位差计的原理和使用方法 5.了解数据自动采集的原理 6.应用误差分析理论于测温结果分析。 二、实验原理 1.热电阻 (1) 热电阻原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t 的关系为： Rt=R0(1+At+Bt2) R0系温度为0℃时的电阻，铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。 (2) 热电阻的校验 热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法
燕山大学 传感器原理及应用课程设计题目：热电阻温度传感器器 学院（系）电气工程学院 年级专业： 12级自动化仪表 学号： 120103020133 学生姓名：马冰卿 指导教师：童凯 教师职称：教授
一、概述 1.1 热电阻温度传感器简介 热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。 热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200~+850°C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000°C。 热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。 用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出最好呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。 1.2 pt100热电阻简介 pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。
二、工作原理 2.1 热电阻工作原理 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。下面以铂电阻温度传感器为例：Pt100 是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 ()[]010t t Rt Rt -+=α （1） 式中，Rt 为温度t 时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值α为温度系数。 半导体热敏电阻的阻值和温度关系为： t e Rt B A = （2） 式中Rt 为温度为t 时的阻值；A 、B 取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50～300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200～500℃范围内的温度测量，其特点是测 量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。 2.2 接线方式 采用pt100测温一般有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。 ① 二线制接法:这种接法不考虑PT100电缆的导线电阻，将A/D 采样端与电流源的正极输出端接在一起，这种接法由于没有考虑测温电缆的电阻，因此只能适用于测温距离较近的场合。
摘要 电子温度计是日常生活中最普遍的电子产品之一,常用的转换元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等,通常我们将这些转换元件通过非电量转化电量的检测方法，结合电量和温度之间的关系,我们可以计算出其温度值。在本课题中将介绍一种利用电阻电桥失衡输出的电压转换温度的设计。在设计中,利用AT89Ｓ系列单片机作为控制器，计算铂电阻（PT100）电量与温度的转换，并在LED显示温度。 关键词:AT８9S52 AＤC0832 Abstraｃt Ｅｌectroｎic ｔｈermomｅｔer iｓin ｄaily liｆeｔhe mｏsｔcommon onｅof elｅctrｏnicｐrｏducｔs, and thｅcoｍｍoｎinterfaｃe ｅlement ｈaveｈe ａt ｒesistａｎce,tｈｅrmal resistanｃｅ, thermocouple，etc., usuaｌly we ｗill these inteｒface eleｍｅnt thrｏｕgh the noｎ-electriciｔy iｎto ｅｌectｒiciｔy d ｅtｅｃtｉon meｔhｏｄs, cｏmｂiｎed ｗｉth powｅr aｎd tｈe relationshiｐbetｗｅen the ｔemperａturｅ, we can ｃａlｃulate the teｍperatｕre value. In tｈis tｏpicｗiｌl introducｅa kind ｏf makｅｕse of the reｓｉsｔａｎce ｂr ｉｄgeｕnｂalanced ouｔｐｕt voltaｇe tｒaｎｓitｉon tｅmｐｅrature design. In the dｅsign,ｔｈe uｓe of AT89S seriｅｓｍicroconｔroｌlｅｒas tｈe contｒｏlｌｅr, ｃａlｃulａtｉoｎof plａtinｕm ｒesiｓｔaｎce（PT１０0) powe ｒand ｔemｐeratｕreｃonveｒsiｏｎ, and inｔhｅLＥＤdｉsplay ｔeｍperature. ?Ｋeyword:AT89Ｓ52 ＡDC0832
传感器与检测技术 大作业
基于热电偶传感器的电炉温度检测系统 一、测温传感器的选择 目前，市场上温度传感器的种类有许多，按照用途分可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法可分为接触的与非接触的等。根据成本、准确度及测温范围不同，选择不同的传感器。下面是一些温度传感器的比较： 种类热电偶传感器热敏电阻传感器PN结电压传感器传感器材质两种不同的金属一种热敏金属硅半导体二极管测量温度0~2400℃-200~900℃-50~150℃ 信号类型热电偶则是随着 温度的不同，其产 生感应电压也不 同。热敏电阻本身是 电阻，阻值随着温 度的变化而产生 变化 半导体集成温度 传感器，根据电压 变化，来确定温度 特点热电势比较小，测 量精度低，而且使 用过程中需要冷 端补偿标准化程度高，但 需要接入桥路才 能得到输出 体积小，线性好， 但是测量温度范 围小 在工业化中电炉的温度一般在1000℃以上，而且长时间高温，温度测量的相应程度与准确度要好，因此这对温度传感器提出很高的要求。热电偶传感器具有装配简单，抗震性好，精确度高，相应时间快，使用寿命长，最重要的是耐高温。故择热电偶测量电炉温度的原因有以下4点： 1)属于自发电型传感器，因此测量时可以不需要外加电源，可直接驱动动圈式 仪表。 2)结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制，可按照需求选 择。
3)测量范围广，高温热电偶可达1800摄氏度以上，低温热电偶可达-260摄氏 度 4)测量准确度较高，各温区中的误差均符合国际计量委员会的标准。 热电偶的工作原理的热电效应，两种不同成份的导体两端接合成回路时，当两接合点温度不同时，就会在回路内产生热电势。如果热电偶的测量端与补偿端端存有温差时，显示仪表将会显示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。 热电偶的特性： 1)中间导体定律：在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要所插 入的材料两端连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表，只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成，也可以借用均质等温的导体加以连接。 2)热电偶的热电势将随着测量端温度的升高而增加，热电势的大小只和热电偶 导体材质和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。 二、电炉测温方案论证 你本测温系统根据单片机为微控制器，对系统有2种设计方案： 方案一：系统由热电偶和集成温度传感器AD590测量热端和冷端温度，采用数据采集卡实现信号采集并传输给计算机。根据热电偶中间温度定律，利用计算机采用查表和曲线拟合进行非线性校正及冷端补偿。本系统将滤波、非线性和冷端补偿等功能由软件实现，简化了电路设计，提高了系统的
传感器课程设计 设计题目：热电偶温度传感器 2010年12月30日 目录 1、序言 (3) 2、方案设计及论证 (4)
3、设计图纸 (9) 4、设计心得和体会 (10) 5、主要参考文献 (11) 一、序言 随着信息时代的到来，传感器技术已经成为国外优先发展的科技领域之一。测控系统的设计通常是从对象信息的有效获取开始的不同种类
的物理量不仅需要不同种类的传感器进行采集，而且因信号性质的不同，还需要采用不同的测量电路对信号进行调理以满足测量的要去。因此，触感其与检测技术在现代测量与控制系统中具有非常重要的地位。 而在所有的传感器中，热电偶具有构造简单、适用温度围广、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。 因此，我们想设计一种热电偶传感器能够在低温下使用，可以适用于试验和科研中，测量为温度围：-200 ℃ ~500 ℃，电路不太复杂的简易的热电偶温度传感器，考虑到制作材料相对便宜，我们选择了铜-铜镍（康铜）。在选择测量电路时，我们从简单，符合测量围要求及热电偶的技术特性，我们采用了AD592对T型热电偶进行冷结点的补偿电路。这种型号的电路允许的误差（0.5 ℃或0.004x|t|）相对于其他类型的热电偶具有测量温度精度高，稳定好，低温时灵敏度高，价格低廉。能较好的满足测量围。 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点： a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便， ·结构简单，制造容易， ·价格便宜， ·惰性小，
虚拟仪器设计技术大作业题目：铂电阻测温电路的设计 专业：电子信息科学与技术 班级：电本（2）班 学号：1150720079 姓名：张顶红 同组人：柳建、黄腾辉、罗凯、 颜超、舒样超、陈雷 指导老师：秦新燕
日期：2014年5月22号 物理与机电工程学院 目录 一.课程设计的目的 二.课程设计的任务 三.铂电阻测温电路原理及设计 3.1传感器模型的建立 3.2测温电路组成与原理 3.2.1稳压电路
3.2.2基本放大电路 3.2.3校正电路 3.2.4电路输出范围的调节3.3整体电路分析与设计 3.3.1稳压电路分析 3.3.2铂电阻温度特性分析 3.3.3 Rw1作用分析 3.3.4电路验证 3.4实验数据处理四．Labview虚拟仪器设计 4.1数据显示子程序VI设计 4.2接口电路的设计与编译 五.仿真测温 六．总结
一.课程设计目的 在Multisim中，可根据铂电阻阻值与温度的关系建立铂电阻模型，设计一个测温范围为0至100℃的测温仪。通过本课程设计，了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温度的关系建立仿真模型；掌握铂电阻的测温电路；熟悉LabVIEW虚拟仪器Multisim的导入方法;提出铂电阻测温仪的优化方案。 二.课程设计的任务 在Multisim中，可根据铂电阻阻值与温度的关系建立铂电阻模型，设计一个测温度范围为0~100℃的测温仪。通过本设计，应掌握以下内容： 1）了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温度的关系建立仿真模型。 2）掌握铂电阻的测温电路。 3）会用LabVIEW设计温度显示模板，把电路输出电压值转换成温度及参数的显示。 4）熟悉LabVIEW虚拟仪器向Multisim的导入方法。 三.铂电阻测温电路原理及设计 3.1传感器模型的建立 金属铂电阻器性能十分稳定，在-260～+630℃之间，铂电阻用做标准温度计;在0～+630℃之间铂电阻与温度的关系如下：
技术创新 《微计算机信息》 (嵌入式与SOC )2009年第25卷8-2期360元/年邮局订阅号：82-946 《现场总线技术应用200例》 单片机开发与应用 基于单片机的热电偶测温系统的设计 The Design of Thermocouple Temperature Measurement System Based on SCM （西安外事学院） 荆海霞周琳勃王仁道廖娜 JING Hai-xia ZHOU Lin-bo WANG Ren-dao LIAO Na 摘要:在现代化的工业现场,常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机。由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系,所以必 须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大,并在单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理,再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4mA~20mA 电流,送主控中心。 关键词:热电偶;线性化;AD 转换;DA 转换;单片机中图分类号:TP273文献标识码:A Abstract:Thermocouple is used frequently in high-temperature test in the modernized industry scene,then the test results are deliv -ered to master control machine.As the non -linear relationship between thermoelectric potential and temperature,it must be carried out on the thermocouple linear processing in order to maintain accuracy of test.This article is for the linearization of thermocouple.The general idea is to study high-precision A/D converter AD7705,which samples and enlarges the thermoelectric potential from the thermocouple,to use a certain algorithm for the linearization processing in the microcontroller,and to convert the data to produce the 4mA-20mA current through high precision A/D converter AD421. Key words:Thermocouple;Linearization;AD conversion;DA conversion;Single-chip-micro-computer 文章编号:1008-0570(2009)08-2-0088-02 1引言 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、温度 测量范围宽等优点，适用于信号的远传、 自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈 非线性关系，增加了显示与处理的复杂性；且随着工业发展、 自动化的不断加强，对温度精度要求越来越高。为了提高热电偶测量温度的精度，必须从硬件和软件两方面同时入手：硬件设计必须使用高精度A/D 和D/A 器件，软件设计必须设计出合理的满足工业要求的线性化算法，从这两方面解决热电偶测试高温的精度问题。 本文提出的系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器AD7705和高精度数/模转换器AD421，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、AD 转换和对线性化处理的数据转换，软件设计提出一种“最佳非等距离分段算法”，并在程序中 采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。 试验结果表明，该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题，使仪器仪表精度达到1/1000，满足工业设计要求。 2硬件电路设计 本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。系统总原理 框图如图1所示。 控制电路以单片机为中心，控制其他部分完成各自的功能。其中模/数转换部分采用16位高精度AD 转化器AD7705，采用自校准，提高其抗干扰能力和精度；数/模转换部分采用高 精度DA 转换器AD421，在电路设计上，采用光隔离，控制 AD421完成其功能，AD421为16位高精度数/模转换器，它将来自单片机线性化处理后的数据进行DA 转化，产生4mA-20mA 电流，送控制中心。 图1系统框图 2.1模/数转换电路 图2AD 转化电路 模/数转换电路部分，采用16位、双通道、低成本、高精度模/数转换功能的AD7705。AD7705是AD 公司推出的16位∑－Δ（电荷平衡式）A/D 转换器，包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA ）组成的前端模拟调节电路、∑－Δ调制器及可编程数字滤波器等，能直接对来自传感器的微弱信号进行A/D 转换。此外他还具有高分辨率、宽动态范围、自校准，低功耗及优良的抗噪声性能，因此非常适用于仪表测量和工业控制等领域。使用时通过单片机控制其单双极性、增益倍数、选择通道的输入和 荆海霞:教师讲师硕士 88--
基于单片机的热电偶测温系统 一设计简述 本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，简单设计了硬件电路，信号放大电路采用放大器LTC2053将热电偶的输出mv型号放大，再经过ICL7109转换器转换为12位的数字信号，输入给单片机，驱动数码管显示电路显示4位温度值。扩展部分有键盘电路和报警电路。软件部分设计了转换器和键盘及显示电路。 关键字：热电偶；LTC2053放大器；ICL7109转换器；数码管 二设计内容 随着人们生活水平的提高，人们对家用电子产品的智能化、多功能化提出了更高的要求，而电子技术的飞速发展使得单片机在各种家用电子产品领域中的应用越来越广泛。 把以单片机为核心，开发出来的各种测量及控制系统作为家用电子产品的一个组成部分嵌入其中，使其更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这是家用电子产品的发展方向和趋势所在。有的家用电器领域要求增加显示、报警和自动诊断等功能。这就要求我们的生产具有自动控制系统，自动控制主要是由计算机的离线控制和在线控制来实现的，离线应用包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作；在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路使控制系统“软化”，使计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分，这类控制由于计算机要身处其中，因此对计算机有体积小、功耗低、价格廉以及控制功能强有很高的要求，为满足这些要求，应当使用单片机。 2热电偶测温原理 1.1热电效应 将两种不同成分的导体组成一闭合回路，如图1所示。
图1 当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，该电势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象称为“热电效应”。 1.2接触电势 A和B两种不同材料的导体接触时，由于电子的扩散运动，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触电势。接触电势的大小与导体材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。 对于温度分别为t和t0的两接点，可得下列接触电势公式：（温度为t时的接触电势，温度为t0时的接触电势） e AB(T0)=U At0 - U Bt0 1.3温差电动势 将某一导体两端分别置于不同的温度场t、t0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，这样，导体两端便产生了电势，这个电势称为温差电势。 导体A、B在两端温度分别为t和t0时形成的电势 e A(t,t0)=U At–U At0 e B(t,t0)=U Bt–U Bt0 1.4热电偶的电势 将由A和B组成的热电偶的两接点分别放在t和t0中，热电耦的电势为： E AB(t,t0)=e AB(t)-e AB(t0)-e A(t,t0)- e B(t,t0) 由于接触电势比温差电势大的多，可将温差电势忽略掉，则热电偶的电势为 E AB(t,t0)= e AB(T)- e AB(T0) (AB的顺序表示电势的方向；当改变脚注的顺序时，电势前面的符号（正、负号）也应随之改变) 综上所述，可以得出以下结论： 热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便是两接点电势差。 1.5热电偶的基本定律
电子设计大赛论文 （B组） 热敏电阻测温电路设计 第三十组 K3队 组队成员：顾代辉黄龑罗程 2010年5月23日
摘要：科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个 很重要的东西。下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。题目所给图是一个在工业场合的温度测量系统，采用RTD 电阻温度检测器。通过分析可知，ref R 两端分到的电压即为ref V ,Vo3输出的电压即为NTC 两段分到的电压。而要求我们设计的电路所用的是NTC 负温度系数热敏电阻器。题目要求我们将电流产生电路的电流控制在0.1m A 。这里我们简 单的将 ref R 改成25k 。对于滤波电路，我们设计各个参数使得其截至频率在100Hz 左右，就 能滤掉1000HZ 的干扰信号；对于基准源，我们都用基本的连接方法，输出电压为2.5V ；对于稳压管，输出电压为恒定的5V ；对于串口连接，我们用到MAX232芯片其中一个接口，与单片机的RXD/TXD 连接传输数据。 关键词：温度传感器 AVR 串口显示 I ．电路分析 （1） 电流产生电路分析： 首先对于运放A1，由虚短和虚断，可知 111211 120 V V I I === 有： 1121221 O V V V R R --= 可解得：1121122=O V V V = 即第一个运放功能为将信号放大两倍。 对于运放A2,同理，有 212221 220 V V I I === 有:221O V V =可见，运放A2是一个电压跟随器。
又：24211234( )2 REF O REF O O V V R V V V V R R -?+=+=+ 11122O REF O V V V V ==+ 故： REF R 两端分到的电压为 122R O REF REF O O REF V V V V V V V =-=+-= 由此可见： REF R 两端分压恒为基准电压 REF V ，只要基准电压和 REF R 的值不变，则 通过 REF R 的电流REF REF V I R = 2.5 12.5mA k ==为恒定值，该电路的作用为产生恒定电流。 由于3233p n V V V ==，故Rline 和R6相当于并联， 66'1001R R I I Rline ==，故100'101 I I I =≈ 故可认为恒定电流I 都通过热敏电阻RTD 。 运放A3以及NTD 分析： 由叠加法分析，当31V 接地时，033131317100'6100R k V V V V R k =- =-=- 当32V 接地时，03323276100100''26100R R k k V V V R k ++= == 故0303033231'''2V V V V V =+=- …………………… ① 而32()'RTD V Rline R I =+? …………………… ② 31(2)'RTD V Rline R I =+? …………………… ③
基于单片机的热电偶测温系统
毕业论文 基于单片机的热电偶测温系统 摘要 热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，该测温系统由温度测量电路、运算放大电路、A/D转换电路及显示电路组成，以AT89C51单片机为主控单元。文中首先介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，结构形式，及其特点等，另外简答介绍了硬件平台中相关模块的功能及用法。另外对硬件电路包括温度转换芯片MAX6675、K型热电偶、89C51单片机、数码管等元器件及温度采集电路、温度转换电路、数码管显示电路做了详细的介绍及说明。 关键词温度传感器热电偶热时间常数冷端补偿
The thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer ABSTRACT Thermocouple sensor is currently the most widely used in non-contact temperature measurement of thermoelectric sensors, in the industry with a temperature sensor and its important status. This paper designed the thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer, the temperature measurement system composed of temperature measuring circuit, operational amplifier circuit, A/D conversion circuit and display circuit, AT89C51 single chip processor as the main control unit. This paper first introduces the principle of thermocouple temperature measurement, the thermocouple cold junction compensation method, structure form, and its characteristics, etc., in the hardware platform are introduced another short answer function and usage of related modules. In addition to hardware circuit including temperature conversion chip MAX6675, K type thermocouple, 89 c51, digital tube and other components and temperature acquisition circuit, temperature conversion circuit, digital tube display circuit made detailed introduction and description. KEY WORDS Temperature sensor Thermocouple Thermal time constant Cold junction compensation
摘要 温度是表征物体冷热程度的物理量。在工农业生产和日常生活中，对温度的测量控制始终占据着重要地位。温度传感器应用范围之广、使用数量之大，也高居各类传感器之首。 本文使用温度传感器设计了一个完整的测温系统。该系统所采用的温度传感器为热电偶，A/D转换器件为ADC0809，微型计算机采用的是MCS-51单片机。系统将温度变换、显示和控制集成于一体，用软件实现系统升、降温的调节，控制采用了模糊控制原理对系统进行控制。 设计的系统所满足的技术指标：测温范围为500—800℃，响应时间为小于等于1s，误差范围为-5℃—+5℃。 关键词：热电偶A/D转换模糊控制 ABSTRACT Temperature is the physical quantity of symptom object cold hot level. In the daily life and production of industry and agriculture, occupy important position all along for the measure control of temperature. Temperature sensor application broad scope and use big quantity, also hold the head of each kind of sensor high. This paper uses temperature sensor and has designed , is a and complete to measure warm system. The temperature sensor adopted by this system is thermocouple, the converter of A/D is ADC0809, what personal computer adopt is that MCS-51 only flat machine. System alternates temperature , shows and controls to be more integrated than one body , realizes system with software to rise , cool down regulation, control has adopted vague control principle as system controls. The technical index of design satisfied by system: Measure warm scope is 500 —
北京邮电大学 电子电路综合设计实验 课题名称：热电阻温度测量系统的设计与实现
索引 一、概要 1.1、课题名称 热电阻温度测量系统的设计与实现 1.2、报告摘要 为了实现利用热敏电阻测量系统温度，设计实验电路。利用热电阻100为温度测量单元，系统主要包括传感电路、放大电路、滤波电路、转换电路和显示电路五个单元构成。通过包含热敏电阻的电桥电路实现温度信号向电信号的转换，利用三运放差分电路实现放大差模信号抑制共模信号并通过二极管显示二进制数来显示温度值。此电路可以定量的显示出温度的与转换器输入电压的关系，再通过量化就可以实现温度测量的功能。报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，最后总结本次实验并给出了电路图。 1.3、关键字 测量温度热敏电阻差分放大低通滤波转换 二、设计任务要求 （1）了解掌握热电阻的特性和使用方法。 （2）了解数模转换电路的设计和实现方法。 （3）了解电子系统设计的方法和基本步骤。 （4）设计一个利用热电阻100 为温度测量元件设计一个电子测温系统，用发光二极管显示的输出状态，并模拟测温（实际上实验室给的是300）， 用软件绘制完整的电路原理图（）。 三、设计思路与总体结构图
图1：热电阻温度测量的系统原理框图 如图将系统划分为传感器电路、放大电路、滤波电路、转换电路显示器和电源电路共六个单元。传感器是由100及若干精密电阻和电位器构成的电桥电路组成；放大器是有运放324构成仪表放大器，具有较高的共模抑制比和输入阻抗；滤波电路采用高精度07二阶低通有源滤波器；模数转换电路是用0804进行设计，并利用555N产生频率为1到1.3的时钟信号来使数模转换电路实现实时同步；显示电路由发光二极管构成；电源电路采用变压器、稳压模块和整流桥等器件进行设计。 四、分块电路和总体电路的设计 4.1、温度传感器电路设计 4.1.1铂热电阻 热电阻是利用温度变化是自身阻值随之变化的特性来测量温度的，工业上广泛的用于测量中低温区（-200℃—500℃）的温度。 铂热电阻在氧化性介质中，甚至在高温下，物理、化学性质都比较稳定，因此具有较好的稳定性和测量精度，主要用于高精度温度测量和标准测温装置中。 铂热电阻与温度的关系，在0—630.74℃以内为 在-190-0以内为： 式中为t时的电阻值；是0时的电阻值；t为任意温度值；A、B、C为 分度系数，，。 但是实际实验中的使用的是300，而且根据在实验室的实际测量300在20℃时是325Ω，而且其阻值随着温度的升高而降低。 4.1.2热电阻温度传感器的接入方式 热电阻由于精度高、性能稳定等优点在工业测试中得到广泛应用。流过热电阻的电流一般为4-5，不能过大，否则产生热量过多而导致影响测量精度。
任务书 课程传感器课程设计 题目热电偶测温系统设计 主要容： 本系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器和高精度数/模转换器，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、AD 转换和对线性化处理的数据转换，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。 基本要求： 1、按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较； 2、利用热电偶和单片机等设计一种热电偶测温系统电路。 3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。 主要参考资料： [1]志尚.温度计量与测试[M].：中国计量，1998． [2]茂泰.智能仪器原理及应用[M].: 电子工业，2007. [3]杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].: 高等教育，2006. [4]华东.单片机原理与应用[M].: 电子工业，2006. 完成期限 指导教师 专业负责人 2016年5 月7 日
摘要 在现代化的工业现场, 常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、温度测量围宽等优点，适用于信号的远传、自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系, 所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该测温系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大, 并在单片机采用一定算法实现对热电偶的线性化处理, 再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4 mA~ 20mA的电流, 送入主控中心。 关键词：热电偶；线性化；AD转换；DA转换；单片机