电子测量实训液体温度测量

1、电子测量实训液体温度测量设计任务测量液体温度（温度范围20120）数码管显示温度值，精确到0.1温度实时显示（每秒刷新一次）设计内容传感器选型信号采集处理模块设计（打压放大、转换）单片机温度计算模块设计数码显示设计模块完成具体设计方案，包括硬件电路图和程序流程 摘要 本文介绍温度是表征物体冷热程度的物理量,()中七个基本物理量之一，它与人类生活，工农业生产和科学研究有着密切关系。随着人类社会的不断进步和科学技术水平的不断提高，温度测量技术也得到了不断的提高。温度测量方法有很多，也有多种分类。比如从测量时传感器中有无电信号可以划分为非电测量和电测量两大类；从测量时传感器与被测对象的接触方式不同可

2、以划分为接触式和非接触式，等等而每种测量方法中又有很多种类，如膨胀式温度计，热电偶温度计，热电阻温度计，光学温度计和红外温度计等。近年来，随着技术水平的进步，出现了更多新的测试方法。1序言热电偶种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规 定了其 热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 种类包括：装配热电偶，铠装热电偶，端面热电偶，压簧固定热电偶

3、，高温热电偶，铂铑热电偶，防腐热电偶，耐磨热电偶，高压热电偶，特殊热电偶，手持式热电偶，微型热电偶，贵金属热电偶 ,快速热电偶,钨铼热电偶，单芯铠装热电偶等等。 常用热电偶材料 电热偶分度号 热电极材料 使用温度范围（） 正极 负极 S铂铑合金（铑含量10 %） 纯铂 0-1400 R 铂铑合金（铑含量13 %） 纯铂 0-1400 B 铂铑合金（铑含量30%） 铂铑合金（铑含量6% ） 0-1400 K镍铬镍硅 -200-+1000 T 纯铜 铜镍 -200-+300 J 铁 铜镍 -200-+600 N 镍铬硅 镍硅 -200-+1200 E 镍铬 铜镍 -200-+7002 一般对热电偶

4、的电极材料，基本要求是：（1）、在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀；（2）、电阻温度系数小，导电率高，比热小；（3）、测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系；（4）、材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。热电偶传感器简介: 热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件, 是一种热电型的温度传感器，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度

5、升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。是将温度信号转换成电势(mV)信号，配以测量信号的仪表或变换器，便可以实现温度的测量和温度信号的转换热。热电偶是接触法测温常用的传感器之一，是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，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）转换成被测介质的温度。 3两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路

6、中就会产生电动势，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测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；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。4 热电偶结构组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶特点测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从-50 1600均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金

7、铁镍铬），最高可达 2800（如钨-铼）。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关

8、；当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。5 两种不同的表示热电偶方法： 6工作原理（一）流程图： (二)原理图： 7图28由理论分析知道，热电效应产生的热电势Eab(T,T0)是由接触电势和温差电势两部分组成。 当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶

9、热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；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。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度值。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这

10、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如图1所示。温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应.这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示： EAB(t,t0)EAB(t)EAB(t0) 式中 EAB(t,t0)热电偶的热电势； EAB(t)温度为t时工作端的热电势；

11、 EAB(t0)温度为t0时冷端的热电势。 从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，因此，只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得测量端温度t值。 9 传感器电路图 (protel绘制) 1011热电偶的基本定律均质导体定律由同一种均质材料（导体或半导体）两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温度梯存在，将会产生附加热电势。中间导体定

12、律在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。应用:依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值，在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律，是没有这个误差的！中间温度定律热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0时

13、，不能利用已知回路实际热电势E（t,t0)直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势E（t,t0)直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律来修正!参考电极定律这个定律是专业人士才研究、关注的，一般生产、使用环节的人士不太了解，简单说明就是：用高纯度铂丝做标准电极，假设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电极配对，他们的值相加是等于这支镍铬-镍硅的值。 1213 电路PCB图制14总结感想 实训的课程设计临近尾声。我们在这次的课程设计中，不仅对自己所学习的知识进行了了解和回顾，也锻炼了我们动手实践操作能力,对在设计过程中

14、出现的一些问题，我和同学能相互帮忙检查设计线路是否有问题，一些小问题能很快检查出来,对自己检查出来的问题能记录下来,课后相互探讨，相互研究，相互学习。不仅掌握了同学之间的合作，也明白自己学会的知识有限,在实践操作中存在很多不足,课后复习预习的时间不过多,理论要结合实践才能加深理解并真正掌握。 实训让我们运用基础知识，掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围；方老师让我们单独上台操作实验,不仅学会了知识,又锻炼了我们的胆识,让我们学会了protel和CAD的画法，自己结合所学的知识，自己设计方案，加强自我动手和思考问题的能力。本次课程设计，自己查资料,自己学习，自己求教,遇到问题互相讨论

15、，上网找其他相关知识,团队合作创新的意识很强,我们把这次课程设计看的很重,因为它是我们2个人花了很久的结晶,团结协作的精神融入其中,翻阅了很多以前做过的实训指导书,对这次设计过程中的问题反复修改和实践，在试验中发现了自己的很多不足,解决分析问题的意识欠缺,对以前所学的知识理解的不够深刻，知识点混乱,在运用到实践过程中还是遇到很多困惑，途中请教老师才得已解决。我们上网查找大量的相关资料，对不懂的知识讨论，交流,实践自学，通过对热电偶原理及误差来源的总结,对以热电偶温度计量误差情况有了系统认识，发现热电偶的不稳定性、不均匀性、参考端温度变化、热传导以及热电偶安装使用不当会引起测量误差，有一些是由于加工制造过程中，或是测量系统及仪器本身存在的误差。 在设计操作中我们都会搞懂每一个问题，让每个人都知道设计的