電子測(cè)量實(shí)訓(xùn)液體溫度測(cè)量

1、電子測(cè)量實(shí)訓(xùn)液體溫度測(cè)量設(shè)計(jì)任務(wù)測(cè)量液體溫度（溫度范圍20120）數(shù)碼管顯示溫度值，精確到0.1溫度實(shí)時(shí)顯示（每秒刷新一次）設(shè)計(jì)內(nèi)容傳感器選型信號(hào)采集處理模塊設(shè)計(jì)（打壓放大、轉(zhuǎn)換）單片機(jī)溫度計(jì)算模塊設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示設(shè)計(jì)模塊完成具體設(shè)計(jì)方案，包括硬件電路圖和程序流程 摘要 本文介紹溫度是表征物體冷熱程度的物理量,()中七個(gè)基本物理量之一，它與人類生活，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，溫度測(cè)量技術(shù)也得到了不斷的提高。溫度測(cè)量方法有很多，也有多種分類。比如從測(cè)量時(shí)傳感器中有無電信號(hào)可以劃分為非電測(cè)量和電測(cè)量?jī)纱箢?；從測(cè)量時(shí)傳感器與被測(cè)對(duì)象的接觸方式不同可

2、以劃分為接觸式和非接觸式，等等而每種測(cè)量方法中又有很多種類，如膨脹式溫度計(jì)，熱電偶溫度計(jì)，熱電阻溫度計(jì)，光學(xué)溫度計(jì)和紅外溫度計(jì)等。近年來，隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，出現(xiàn)了更多新的測(cè)試方法。1序言熱電偶種類 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定了其 熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。 種類包括：裝配熱電偶，鎧裝熱電偶，端面熱電偶，壓簧固定熱電偶

3、，高溫?zé)犭娕?，鉑銠熱電偶，防腐熱電偶，耐磨熱電偶，高壓熱電偶，特殊熱電偶，手持式熱電偶，微型熱電偶，貴金屬熱電偶 ,快速熱電偶,鎢錸熱電偶，單芯鎧裝熱電偶等等。 常用熱電偶材料 電熱偶分度號(hào) 熱電極材料 使用溫度范圍（） 正極 負(fù)極 S鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1400 R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1400 B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠合金（銠含量6% ） 0-1400 K鎳鉻鎳硅 -200-+1000 T 純銅 銅鎳 -200-+300 J 鐵 銅鎳 -200-+600 N 鎳鉻硅 鎳硅 -200-+1200 E 鎳鉻 銅鎳 -200-+7002 一般對(duì)熱電偶

4、的電極材料，基本要求是：（1）、在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；（2）、電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱小；（3）、測(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大，并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系；（4）、材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。熱電偶傳感器簡(jiǎn)介: 熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件, 是一種熱電型的溫度傳感器，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動(dòng)熱將隨著測(cè)量端溫度

5、升高而增長(zhǎng)，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長(zhǎng)度、直徑無關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)(mV)信號(hào)，配以測(cè)量信號(hào)的儀表或變換器，便可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量和溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換熱。熱電偶是接觸法測(cè)溫常用的傳感器之一，是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。 3兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路

6、中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。4 熱電偶結(jié)構(gòu)組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。熱電偶特點(diǎn)測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50 1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269（如金

7、鐵鎳鉻），最高可達(dá) 2800（如鎢-錸）。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。 熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)

8、；當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖2所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。5 兩種不同的表示熱電偶方法： 6工作原理（一）流程圖： (二)原理圖： 7圖28由理論分析知道，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)Eab(T,T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。 當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶

9、熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。當(dāng)工作端的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化，將熱電勢(shì)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可得到溫度值。熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這

10、一特性來測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合如圖1所示。溫度t端為感溫端稱為測(cè)量端, 溫度t0端為連接儀表端稱為參比端或冷端,當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)t和t0之間存在溫差時(shí),就在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EAB(t,t0), 因而在回路中形成電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng).這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì),熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的.熱電勢(shì)的大小與t和t0之差的大小有關(guān).當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電極材料已知時(shí),由熱電偶回路熱電勢(shì)的分布理論知熱電偶兩端的熱電勢(shì)差可以用下式表示： EAB(t,t0)EAB(t)EAB(t0) 式中 EAB(t,t0)熱電偶的熱電勢(shì)； EAB(t)溫度為t時(shí)工作端的熱電勢(shì)；

11、 EAB(t0)溫度為t0時(shí)冷端的熱電勢(shì)。 從上式可看出!當(dāng)工作端的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化，因此，只要測(cè)出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，將熱電勢(shì)送入顯示儀表進(jìn)行指示或記錄，或送入微機(jī)進(jìn)行處理，即可獲得測(cè)量端溫度t值。 9 傳感器電路圖 (protel繪制) 1011熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律由同一種均質(zhì)材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。中間導(dǎo)體定

12、律在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。應(yīng)用:依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢(shì)會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個(gè)定律，是沒有這個(gè)誤差的！中間溫度定律熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。應(yīng)用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系,當(dāng)冷端溫度不為0時(shí)

13、，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t,t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t,t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測(cè)溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律來修正!參考電極定律這個(gè)定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡(jiǎn)單說明就是：用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對(duì)，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。 1213 電路PCB圖制14總結(jié)感想 實(shí)訓(xùn)的課程設(shè)計(jì)臨近尾聲。我們?cè)谶@次的課程設(shè)計(jì)中，不僅對(duì)自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行了了解和回顧，也鍛煉了我們動(dòng)手實(shí)踐操作能力,對(duì)在設(shè)計(jì)過程中

14、出現(xiàn)的一些問題，我和同學(xué)能相互幫忙檢查設(shè)計(jì)線路是否有問題，一些小問題能很快檢查出來,對(duì)自己檢查出來的問題能記錄下來,課后相互探討，相互研究，相互學(xué)習(xí)。不僅掌握了同學(xué)之間的合作，也明白自己學(xué)會(huì)的知識(shí)有限,在實(shí)踐操作中存在很多不足,課后復(fù)習(xí)預(yù)習(xí)的時(shí)間不過多,理論要結(jié)合實(shí)踐才能加深理解并真正掌握。 實(shí)訓(xùn)讓我們運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)，掌握各類典型傳感器、記錄儀器的基本原理和適用范圍；方老師讓我們單獨(dú)上臺(tái)操作實(shí)驗(yàn),不僅學(xué)會(huì)了知識(shí),又鍛煉了我們的膽識(shí),讓我們學(xué)會(huì)了protel和CAD的畫法，自己結(jié)合所學(xué)的知識(shí)，自己設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)自我動(dòng)手和思考問題的能力。本次課程設(shè)計(jì)，自己查資料,自己學(xué)習(xí)，自己求教,遇到問題互相討論

15、，上網(wǎng)找其他相關(guān)知識(shí),團(tuán)隊(duì)合作創(chuàng)新的意識(shí)很強(qiáng),我們把這次課程設(shè)計(jì)看的很重,因?yàn)樗俏覀?個(gè)人花了很久的結(jié)晶,團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神融入其中,翻閱了很多以前做過的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書,對(duì)這次設(shè)計(jì)過程中的問題反復(fù)修改和實(shí)踐，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足,解決分析問題的意識(shí)欠缺,對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)理解的不夠深刻，知識(shí)點(diǎn)混亂,在運(yùn)用到實(shí)踐過程中還是遇到很多困惑，途中請(qǐng)教老師才得已解決。我們上網(wǎng)查找大量的相關(guān)資料，對(duì)不懂的知識(shí)討論，交流,實(shí)踐自學(xué)，通過對(duì)熱電偶原理及誤差來源的總結(jié),對(duì)以熱電偶溫度計(jì)量誤差情況有了系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)熱電偶的不穩(wěn)定性、不均勻性、參考端溫度變化、熱傳導(dǎo)以及熱電偶安裝使用不當(dāng)會(huì)引起測(cè)量誤差，有一些是由于加工制造過程中，或是測(cè)量系統(tǒng)及儀器本身存在的誤差。 在設(shè)計(jì)操作中我們都會(huì)搞懂每一個(gè)問題，讓每個(gè)人都知道設(shè)計(jì)的