温度测量及仪表ppt课件

1、3 温度丈量及仪表3.1 温度、温标的概念及丈量方法温度的概念 (1) 温度是一个根本独立量,是ISO七个根本单位之一 (2) 直观上看,温度是表征冷热程度的参数 (3) 从热力过程看,温度是决议一个系统能否与其它系统处于热平衡形状的宏观性质 (4) 从微观上看,温度是物体内部分子无规那么运动猛烈程度的标志测温原理 选择以适宜的物体作为敏感元件，其某一物理性质随温度而变换的特性知。 敏感元件与被测物体发生热交换 当热交换到达平衡时，敏感元件反映出被测物体的温度特征 根据热交换的方式，可以划分为接触温度丈量与非接触温度丈量两大类。接触测温 敏感元件直接与被测对象接触，依托传热和对流进展热交换，直

2、观可靠。 必需与对象接触，容易引起被测温场的分布，破坏对象热平衡，存在置入误差。 接触不充分时，易出现误差 丈量环境对元件的寿命有影响接触测温仪器 热胀冷缩原理：玻璃温度计、压力式温度计、双金属温度计 热电效应：热电偶 电阻效应：铂、铜热电阻，热敏电阻 半导体性能：集成温度传感器 晶体频率：石英晶体温度计 光纤：光纤温度传感器非接触测温仪器 光纤：光纤辐射温度计 辐射能量的大小：辐射温度计 单色亮度与温度的关系：亮度温度计 两个波长亮度随温度变化的关系：比色温度计非接触测温 敏感元件与被测对象不接触，依托对流或辐射方式进展热交换 呼应快，不破坏温度场，对被测对象干扰小 便于对运动物体进展丈量和

3、强电磁干扰、强腐蚀的场所 可以用扫描方式丈量温度场分布温标 不同的敏感元件、不同的温度范围，物理特性随温度的变换是不一样的。 温标就是建立一个衡量温度的规范，规定温度的起点及其根本单位。 温标包含实现方法、运用元件、特性曲线等内容。国际适用温标 华氏：冰32F，水沸点212F，中间分180份 摄氏：冰0C，水沸点100C，中间分100份 国际适用温标：协议温标，由固定点、内插规范仪器和内插公式三部分组成 (1) 水的三相点为热力学温度的1/273.16 (2) 每一摄氏度与每一开尔文的量值一样，t90=T90-273.15温标的传送 (1) 各国根据国际温标的规定，建立本人的国家基准 (2)

4、各地域保管次级规范，定期到国家基准检定 (3) 给企业、部分对本人的产品建立温度标定方法，定期与计量部门核准 (4) 在进展计量鉴定时，往往采用比较法3.2 热电偶温度计 3.2.1 热电偶测温原理 (1) Peltier效应 两种不同电子密度的导体接触在一同时，接点出会发生电子分散，电子密度大的导体因失去电子而带正电，电子密度小的导体因得到电子而带负电。分散稳定后构成的电势除与资料有关外，还与接点温度有关。Peltier效应ABT0Tk玻尔兹曼常数(1.3810-23J/K)e电子电荷(1.60210-19C)(2) Thomson效应 同一金属，当两端温度不同时，温度高的一端因电子动能高会

5、向温度低的一端分散而带正电。热电效应结论 (1) 产生热电势的条件是两种不同的导体资料构成回路，两端接点处温度不同 (2) 热电势大小只与资料、温度有关 (3) 当资料确定以后，热电势只与温度有关。当T0恆定时，只与丈量点的温度有关。3.2.2 热电偶的运用定律 (1) 均质导体定律 (2) 中间导体定律 在热电偶回路中接入中间导体后，只需中间导体两端的温度一样，对热电偶回路的总电势值没有影响。 (3) 中间温度定律3.3 常用热电偶对热电极资料的要求 (1) 热电性能稳定,不随时间和被测对象而变化 (2) 物理化学性能稳定,不易氧化和腐蚀,耐辐射 (3) 有足够的灵敏度 (4) 热电特性接近

6、单值线性或近似线性 (5) 电导率高,电阻温度系数小 (6) 机械性能好,价钱廉价工业热电偶分类及性能高温热电偶铂、铂铑系列 测温范围宽、特性稳定。 丈量精度高，可用于精细丈量 在高温时性能稳定，可以长期任务在高温环境 热电势小，非线性大 价钱贵低温热电偶铜-康铜 温度范围-200 400 丈量精度高、温度性好 低温时有较高灵敏度 0以上时铜为正，0以下时康铜为正 0 100 为二等规范热电偶，用来检定其它低温热电偶低温热电偶镍铬-金铁、铜-金铁 低温时灵敏度高 性能稳定 主要用于超导、宇航、受控核反响等廉价热电偶镍基系列 性能稳定、热电势大 热电特性好、复现性好 高温下抗氧化才干强 耐辐射

7、运用范围宽、运用广泛。热电偶的构造方式 普通热电偶：为装配式构造，由热电极、绝缘管、维护套和接线盒组成。热容大，对温度的呼应慢 铠装热电偶：将热电偶丝、绝缘资料、维护管组合装配后，经拉伸加工而成。热容小，反映快，挠性好，可弯曲，可安装在担任构造的丈量场所。冷端温度处置 (1) 补偿导线法 选用与热电偶具有一样热电势-温度特性的导线与热电偶配套运用。 (2) 参比端温度丈量计算法 用补偿导线将冷端温度移到室外常温环境，丈量环境温度进展补偿 (3) 冷端恒温 (4) 补偿电桥法。3.4 热电阻测温 原理：金属或导体的电阻随温度变化而变化(温度每升高1度，金属电阻添加0.40.6%，半导体电阻减小2

8、6%) 优点： 丈量精度高，温度性能稳定，复现性好 丈量范围大，尤其在低温丈量方面 信号可以远传、灵敏度高 无需参比温度热电阻资料选择 有尽能够大、稳定的温度系数 电阻率要大，以便在同样灵敏度下，可以制成小尺寸的元件，减小测温热惯性 在测温范围内物理化学性能稳定 复现性好 与温度为单值延续关系，最好是线性或平滑特性铂电阻 性能极为稳定，耐氧化才干强 易于提纯，复现性好 电阻率高，工艺性好，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔 测温范围宽(-200850) 价钱贵 温度系数小 真空和复原气氛会导致电阻值飘移铂电阻 有10和100 两种规格(Pt10、Pt100) t0时 R(t)=R0(1+At+Bt

9、2) t0时 R(t)= R0(1+At+Bt2 +Ct3(t-100) A=3.908310-3/ B=-5.77510-7/2 C=-4.18310-12/4 铜电阻 温度范围：-50150 线性温度系数：Rt=R0(1+at) 温度系数比铂高： 4.25 4.28 10-3/ 易得到纯态，加工性能好 价钱低 电阻率低、体积大，热呼应慢 铜电阻 有50和100 两种规格(Cu50、Cu100) R(t)=R0(1+At+Bt2 +Ct3) A=4.2889910-3/ B=-2.13310-7/2 C=1.233310-9/3热电阻的构造 普通型：感温元件、内引线、绝缘套管、接线盒。电阻线

10、要用无感绕法 铠装：铠装电缆作为维护管、绝缘物、内引线，前端与感温元件衔接，外部焊接维护管热电阻的引线方式热敏电阻的特性热敏电阻的特点 电阻温度系数大，为金属的几十倍 电阻值高，引线电阻对测温没有影响 体积小、热呼应快 构造简单可靠，价钱低廉 化学性能稳定、寿命长 互换性差3.5 集成温度传感器DS18B20 DS18B20是美国达拉斯半导体公司消费的新型温度检测器件 单一总线接口，只需一条通讯/控制线 可以经过数据线供电 测温范围-55+125,在-10+85时分辨率达0.5 温度值可在912Bit之间选择，转换12Bit最多需求750ms 可设置高低温报警 片内固化着不同的地址序列号,可多

11、片共用一条通讯线 DS18B20的封装DS18B20的构造DS18B20的供电DS18B20温度丈量操作 分辨率：可经过程序配置为9、 10、 11、12 (默许)bits，分别对应温度为 0.5C、 0.25C、0.125C、 0.0625C. 温度丈量：在发送转换 T 44h 命令后开场温度丈量，丈量结果存放在缓冲区内，为带符号的16bit数据。丈量终了后可以经过1-Wire 总线设置读缓冲区命令BEh 读取丈量结果。 数据格式:经过 1-Wire 总线读温度数据时，低位在前、高位在后，符号在高位。DS18B20温度数据的格式DS18B20的地址控制每个 DS18B20包含了一个独一的64

12、-bits ROM 代码，其中前 8 bits 是 1-Wire系列的产品代码 (DS18B20 的代码为 28h). 接下来的 48 bits 是一个独一的序列号，最后8 bits是前 的CRC64-bit ROM 及ROM 功能控制代码 使DS18B20 可以实现 1-Wire 功能。只需满足ROM功能协议的DS18B20才可以相应操作。 任务时，1-Wire 主机必需先发送以下命令之一： 1) Read ROM, 2) Match ROM, 3) Search ROM, 4) Skip ROM, or 5) Alarm Search. 在ROM命令终了后，命令制定的DS18B20可以呼应

13、控制主机的操作，主机可以进展常见的存储器控制操作ROM功能操作流程DS18B20的存储器DS18B20的配置存储器DS18B20的硬件配置主机要能驱动总线上的一切DS18B20DS18B20的数据线为集电极开路输出DS18B20的数据线平常应为高电平，当为低电平的时间超越480us时，DS18B20会自动复位DS18B20的温度丈量流程 初始化 ROM命令 MEMORY命令 数据传输DS18B20的初始化 一切的操作必需以初始化开头 初始化过程由主机发送复位脉冲开场，初始化后从时机发出呼应信号 衔接的DS18B20经过呼应信号通知DS18B20已预备好，可以开场任务DS18B20的ROM功能

14、主机机检测到有DS18B20从机时，随时可以发送ROM命令。一个ROM命令为1个字节。 读ROM命令33h 读64bit产品号、序列号、CRC，只能在总线只需一个DS18B20时运用DS18B20的ROM匹配命令 命令字为55h 主机经过发送64bit的数据选择需求控制的DS18B20，只需ROM数据完全与发送的数据一样的DS18B20才干呼应后续的命令 与64bit数据不匹配的DS18B20必需等待下一个复位脉冲到来后才干再次任务DS18B20的忽略ROM命令 命令字为CCh 主机经过发送该命令后，总线上的一切DS18B20都可以呼应后面的存储器指令，对只需一个DS18B20的系统来说，可以

15、节省时间 当有多个DS18B20时，忽略ROM后的读操作会发生总线干涉DS18B20的ROM搜索命令 命令字为F0h 新装系统时，主机不知道有多少个DS18B20，也不知道它们的ROM地址，必需经过ROM搜索命令来获取。 例：有四个DS18B20，地址分别为： ROM1 00110101. ROM2 10101010. ROM3 11110101. ROM4 00010001.DS18B20的ROM搜索过程(1) 主机发送复位脉冲，从机呼应，主机知道有DS18B20在总线上(2) 主机发送ROM搜索命令，启动搜索过程(3) 主机读数据总线上的数据，这时候一切的从时机回应，都把第1位数据放到数据

16、总线上。主机读到的是一切从机的第1位数据“与0。主机再读数据总线上的数据，这时候，一切的从时机把第1位数据求反后放到数据总线上。主机读到的数据有以下情况：00 本位为0和1的从机都有01 一切的从机本位为010 一切的从机本位为011 没有从机在总线上DS18B20的ROM搜索过程 (4) 主机写“0，表示只需本位为0(ROM1/4)的从机继续呼应下面的搜索 (5) 主机再延续读两次，得到“0和“1，阐明ROM1/4的第2位都是0 (6) 主机写“0，继续坚持对(ROM1/4)的搜索 (7)主机再延续读两次，得到“0和“0，阐明总线上的从机地址的第3位有的为0，有的为1 (8) 主机写“0，只

17、保管ROM4继续呼应下面的搜索 (9) 主机继续读ROM4的后续位，完成义务第1遍的搜索，找到总线上的一个DS18B20的ROM地址DS18B20的ROM搜索过程(10) 主机主机启动一次新的搜索，从步骤1做到7(11) 主机写“1，只保管ROM1继续呼应下面的搜索(12) 主机继续读ROM1的后续位，完成义务第2遍的搜索，找到总线上的又一个DS18B20的ROM地址(13) 主机主机启动一次新的搜索，从步骤1做到3(14) 主机写“1，继续坚持对(ROM2/3)的搜索(15)主机再延续读两次，得到“0和“0，阐明总线上的从机地址的第2位有的为0，有的为1(16) 主机写“0，只保管ROM2继

18、续呼应下面的搜索(17) 主机继续读ROM2的后续位，完成义务第3遍的搜索，找到总线上的又一个DS18B20的ROM地址DS18B20的ROM搜索过程 (18) 主机主机启动一次新的搜索，从步骤1做到15 (19) 主机写“1，只保管ROM3继续呼应下面的搜索 (20) 主机继续读ROM3的后续位，完成义务第4遍的搜索，找到总线上的最后一个DS18B20的ROM地址DS18B20的信号时序 DS18B20需求严厉的信号通讯协议，以确保数据的完好性 信号时序包括：复位脉冲、确认存在脉冲、写1、写0、读1、读0 任何通讯过程必需以初始化时序开场，复位脉冲后出现确实认存在脉冲阐明DS18B20曾经做

19、好预备，可以开场通讯。DS18B20复位时序图DS18B20写时序图DS18B20读时序图DS18B20的读、写缓冲区命令 命令字为：写4Eh，读BEH 写命令用来写TH、TL和CONFIG，三个字节的数据紧跟在命令字后 读命令用来用缓冲区的9字节数据，读的时候应延续把9个单元的内容依此读完，假设中途退出，必需在退出后发送一个复位信号DS18B20的缓冲区复制命令 命令字为48H 该命令把TH、TL写到EEPROM中 在写的过程中假设主机读总线，将一致是0，复制终了后才回到1。 假设采用数据线供电，在发送完本命令后，数据总线应立刻坚持高电平10ms以上DS18B20的温度丈量命令 命令字为44

20、H 该命令发送后不需求其它信息，DS18B20开场温度丈量 在丈量过程中假设主机读温度，数据总线将一致是0，丈量终了后才回到1。 假设采用数据线供电，在发送完本命令后，数据总线应立刻坚持高电平，其时间不得小于不同分辨率丈量需求的时间DS18B20的温度丈量过程 发送ROM命令，选择需求丈量的点 启动温度丈量 读缓冲区，获取温度信息DS18B20复位控制程序rstDS3: JNB DS18B20,rstDS4 ;1T(0.5us) DJNZ B,rstDS3 ;2T(1us) SETB C SJMP rstDS_End ;300us内无反响阐明无DS18B20 rstDS4: MOV B,#15

21、0 CLR CrstDS5: JB DS18B20_IN,rstDS_End ;2T(1us) DJNZ B,rstDS5 ;2T(1us) SETB C ;300us内总线未释放那么有缺点 SJMP rstDS_EndrstDS_End: SETB EA POP ACC POP B RET;复位DS1820B ;24MHz晶振 ;出口 C=0:胜利, C=1:失败RESET_DS18B20: PUSH B PUSH ACC CLR DS18B20 ;产生DS18B20复位低电平 CLR EA MOV B,#100 DJNZ B,$ MOV B,#250 DJNZ B,$ MOV B,#250

22、 DJNZ B,$ ;低电平坚持600us SETB DS18B20 ;释放DS18B20总线 MOV B,#40rstDS1: JB DS18B20,rstDS2 ;2T(1us) DJNZ B,rstDS1 ;2T(1us) SETB C ;假设80us内总线未变高那么复位失败 SJMP rstDS_EndrstDS2: MOV B,#200DS18B20写数据位程序 ;写DS18B20数据位程序 ; C 要写的数据位WRBIT_DS18B20: PUSH B CLR EA CLR DS18B20 MOV B,#5 DJNZ B,$ ;数据总线先坚持低电平5us MOV DS18B20,C

23、 ;送出数据 MOV B,#60 DJNZ B,$ ;数据总线坚持60us SETB DS18B20_IN ;释放数据总线 SETB EA POP B RETDS18B20写数据字节程序 ;写DS18B20数据字节程序; A 要写的数据WRBYTE_DS18B20: PUSH B MOV B,#8wrByteDS1: RRC A LCALL WRBIT_DS18B20 DJNZ B,wrByteDS1 POP B RETDS18B20读数据位程序 ;读DS18B20数据位程序 ;出口：C 读到的数据位RDBIT_DS18B20: PUSH B CLR EA CLR DS18B20 MOV B,

24、#4 DJNZ B,$ ;数据总线先坚持低电平4us SETB DS18B20_IN ;释放数据总线 NOP NOP NOP NOP MOV C,DS18B20_IN ;读取数据 MOV B,#60 DJNZ B,$ ;延时60us SETB EA POP B RETDS18B20读数据字节程序 ;读DS18B20数据字节程序 ;入口：PSW.1=0: 从DS18B20_IN读DS18B20 ;出口：A 读到的数据RDBYTE_DS18B20: PUSH B MOV B,#8rdByteDS1: LCALL RDBIT_DS18B20 RRC A DJNZ B,rdByteDS1 POP B

25、RETDS18B20初始化程序 ;初始化DS18B20_InitDS18B20:MOV B,#2init18B20_1: LCALL RESET_DS18B20 ;复位DS18B20 MOV A,#0CCH LCALL WRBYTE_DS18B20 ;忽略DS18B20 ROM地址 MOV A,#4EH LCALL WRBYTE_DS18B20 ;预备写DS18B20存放器 MOV A,#0 LCALL WRBYTE_DS18B20 ;写TH MOV A,#0 LCALL WRBYTE_DS18B20 ;写TL MOV A,#1FH LCALL WRBYTE_DS18B20 ;选择9Bit数据格式 LCALL RESET_DS18B20 ;复位DS18B20DJNZ B,init18B20_1 RETDS18B20读温度程序;读DS18B20温度程序;出口：A 读到的温度RD_DS18B20: LCALL RESET_DS1