電子測量實(shí)訓(xùn)液體溫度測量課件

電子測量實(shí)訓(xùn)液體溫度測量

設(shè)計任務(wù)測量液體溫度（溫度范圍20——120℃）數(shù)碼管顯示溫度值，精確到0.1℃溫度實(shí)時顯示（每秒刷新一次）設(shè)計內(nèi)容傳感器選型信號采集處理模塊設(shè)計（打壓放大、ＡＤ轉(zhuǎn)換）單片機(jī)溫度計算模塊設(shè)計數(shù)碼顯示設(shè)計模塊完成具體設(shè)計方案，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,(ＳＩ)中七個基本物理量之一，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。隨著人類社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，溫度測量技術(shù)也得到了不斷的提高。溫度測量方法有很多，也有多種分類。比如從測量時傳感器中有無電信號可以劃分為非電測量和電測量兩大類；從測量時傳感器與被測對象的接觸方式不同可以劃分為接觸式和非接觸式，等等．而每種測量方法中又有很多種類，如膨脹式溫度計，熱電偶溫度計，熱電阻溫度計，光學(xué)溫度計和紅外溫度計等。近年來，隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，出現(xiàn)了更多新的測試方法。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)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(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合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。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，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0-1400R鉑銠合金（銠含量13%）純鉑0-1400B鉑銠合金（銠含量30%）鉑銠合金（銠含量6%）0-1400K

鎳鉻

鎳硅-200-+1000T純銅銅鎳-200-+300J鐵銅鎳-200-+600N鎳鉻硅鎳硅-200-+1200E鎳鉻銅鎳-200-+700

一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：（1）、在測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時間而變化，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??；（3）、測溫中產(chǎn)生熱電勢要大，并且熱電勢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，制造工藝簡單，價格便宜。熱電偶傳感器簡介:熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,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，當(dāng)兩接合點(diǎn)熱電偶溫度不同時，就會在回路內(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，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而增長，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。是將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢(mV)信號，配以測量信號的儀表或變換器，便可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量和溫度信號的轉(zhuǎn)換熱。熱電偶是接觸法測溫常用的傳感器之一，是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號,通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。

熱電偶結(jié)構(gòu)①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；②兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；④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)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)2800℃（如鎢-錸）。構(gòu)造簡單，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)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個問題：熱電偶的熱電勢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)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(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)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，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)成一個閉合回路，如圖2所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流,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。

兩種不同的表示熱電偶方法：

工作原理（一）流程圖：(二)原理圖：由理論分析知道，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢Eab(T,T0)是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，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)成一個閉合回路，如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），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，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計算機(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一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合如圖1所示。溫度t端為感溫端稱為測量端,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的兩個執(zhí)著點(diǎn)t和t0之間存在溫差時,就在回路中產(chǎn)生電動勢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)".這個電動勢稱為熱電勢,熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的.熱電勢的大小與t和t0之差的大小有關(guān).當(dāng)熱電偶的兩個熱電極材料已知時,由熱電偶回路熱電勢的分布理論知熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示：

EAB(t,t0)＝EAB(t)－EAB(t0)式中

EAB(t,t0)－熱電偶的熱電勢；EAB(t)－溫度為t時工作端的熱電勢；EAB(t0)－溫度為t0時冷端的熱電勢。從上式可看出!當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，因此，只要測出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，將熱電勢送入顯示儀表進(jìn)行指示或記錄，或送入微機(jī)進(jìn)行處理，即可獲得測量端溫度t值。

傳感器電路圖

(protel繪制)

電路PCB圖制總結(jié)感想

實(shí)訓(xùn)的課程設(shè)計臨近尾聲。我們在這次的課程設(shè)計中，不僅對自己所學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行了了解和回顧，也鍛煉了我們動手實(shí)踐操作能力,對在設(shè)計過程中出現(xiàn)的一些問題，我和同學(xué)能相互幫忙檢查設(shè)計線路是否有問題，一些小問題能很快檢查出來,對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)會的知識有限,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，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)上臺操作實(shí)驗(yàn),不僅學(xué)會了知識,又鍛煉了我們的膽識,讓我們學(xué)會了protel和CAD的畫法，自己結(jié)合所學(xué)的知識，自己設(shè)計方案，加強(qiáng)自我動手和思考問題的能力。本次課程設(shè)計，自己查資料,自己學(xué)習(xí)，自己求教,遇到問題互相討論，上網(wǎng)找其他相關(guān)知識,團(tuán)隊合作創(chuàng)新的意識很強(qiáng),我們把這次課程設(shè)計看的很重,因?yàn)樗俏覀?個人花了很久的結(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,對這次設(shè)計過程中的問題反復(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欠缺,對以前所學(xué)的知識理解的不夠深刻，知識點(diǎn)混亂,在運(yùn)用到實(shí)踐過程中還是遇到很多困惑，途中請教老師才得已解決。我們上網(wǎng)查找大量的相關(guān)資料，對不懂的知識討論，交流,實(shí)踐自學(xué)，通過對熱電偶原理及誤差來源的總結(jié),對以熱電偶溫度計量誤差情況有了系統(tǒng)認(rèn)識，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