熱電偶傳感器測溫系統的設計應用

介紹一種典型的單片機控制的測溫系統。 它由三大部分組成。 (1)測量放大電路(2)A/D轉換電路(3)顯示電路。 它廣泛應用于電廠、化工廠的測溫和溫度控制系統。 1、硬件設計(1)熱電偶溫度傳感器本系統使用鎳的鎳硅熱電偶，被測溫度范圍為0~655℃，采用冷端補償或補償電橋法，采用不平衡電橋產生的電位，補償由熱電偶的冷端溫度變化引起的熱電勢變化值。 不平衡橋由電阻R1、R2、R3(錳銅線卷繞)、Rcu (銅線卷繞)四個橋臂和橋穩壓源構成，與熱電偶電路串聯連接。 Rcu連同熱電偶的冷端±； 0℃、R1=R2=R3=1&Omega； 橋電源電壓為4V，由穩壓電源供給，Rs為限流電阻，其電阻值因熱電偶而異，橋通常在20℃下平衡，此時橋的4個橋電阻R1=R2=R3=Rcu，a、b端沒有輸出。 如果冷端溫度偏離20℃，則例如Rcu變高，但熱電偶的熱電勢隨著冷端溫度的變高而變小。 Uab和熱電勢的減少量相等，即使Uab和熱電勢重疊，輸出電位也不變，達到了冷端補償的自動完成。 (2)在測量和放大電路的實際電路中，從熱電偶輸出的信號zui僅為幾十毫伏( <； 30mV )，其中包含商用頻率、靜電和磁耦合等共模噪聲，在這種電路放大中需要放大電路具有高共模抑制比和高增益、低噪聲和高輸入阻抗，因此優選采用測量放大電路。 測量放大器又稱數據放大器、儀表放大器和橋式放大器，輸入阻抗高，易與各種信號源匹配。 輸入失步電壓、輸入失步電流和輸入偏置電流小，溫度漂移小。 由于時間的溫度漂移小，測量放大器的穩定性好。 在由三相運算放大器構成的測量放大器中，差動輸入端子R1和R2分別連接到A1和A2的同相端子。 輸入阻抗高，采用對稱的電路結構，并且通過將被測定信號直接施加給輸入端子，來較強地保證抑制共模信號的能力。 A3實際上是差動跟隨器，其增益幾乎為1。 測量放大器的放大率為AV=V0/(V2-V1)、AV=RF/R(1+(Rf1+Rf2)/RW )。 該電路使用微輸出傳感器是非常容易的，因為當a-1和a-2的性能彼此對稱時(主要指輸入阻抗和電壓增益)，漂移大大減小，具有高輸入阻抗和共模抑制比，并且對微差分模式電壓敏感以適于測量在遠距離處傳送的信號 RW是用于調整放大率的外接電阻，在此使用多旋轉電位器。 在實際電路中，A1和A2以低漂移和高精度傳送OP-07芯片，并且失調電壓溫度漂移&alpha； VIOS和輸入失步電流溫度漂移&alpha； IIOS小，OP-07是超高過程和&ldquo； 吉娜微調&rdquo； 技術、VIOS、IIOS、&alpha； VIOS與&alpha； IIOS均較小，廣泛應用于穩定積分、精密相加、比校準檢波和微弱信號的精密放大等。 OP-07需要雙電源供給，溫度范圍為0~70℃，通常不需要零調整，需要零調整時可通過RW進行調整。 A3采用741芯片，要求雙電源供應，供電范圍為±； (3~18)V，典型的供電為±； 15V，一般為±以上5V，內部包含補償容量，無需外接補償容量。 (3)A/D (模擬數字)轉換電路用測量放大器放大的電壓信號，其電壓范圍為0~5V，該信號是模擬信號，計算機不接受，因此需要進行A/D轉換。 在實際電路中，選擇ICL7109芯片。 ICL7109是具有高精度、低噪聲、低漂移、廉價的雙積分型12位A/D轉換器。 當前，由于12位依次近似式A/D轉換器昂貴，因而當要求速度不太高時，例如在測定測定壓力、測定溫度等各種傳感器信號的高精度的測定系統中，能夠采用廉價的2積分式12位A/D轉換器ICL7109。 ICL7109主要具有(1)高精度(1/212=1/4096為止)這樣特性(2)低噪聲(標準值為15&mu； VP-P； (3)低漂移( <； 1&mu； V/℃； (4)高輸入阻抗(標準值1012&Omega； ]； (5)低功耗( <； 20mW； (6)在轉換速度zui達到30次/秒并且將3.58MHz晶體振子用作振動源的情況下，速度為7.5次/秒的(7)芯片中具有振蕩器，并且可以通過將晶體振蕩器或RC電路連接到芯片外部來構造具有不同頻率的時鐘電路，(8)12比特二進制輸出； 其中具有1比特極性比特和1比特溢出比特輸出(9)輸出與TTL兼容，并且可以以字節(劃分為高字節)三態輸出，具有VART掛接方法，通過簡單的并行或串行端口將輸出連接到微處理器系統( 10 )；以及 和STATUS (狀態)信號可監視控制切換時間的( 11 )所有輸入端子均有防靜電電路。 ICL7109內部包括14位鎖存器( 12位數據和1位極性、1位溢出)和14位三態輸出寄存器，無需向外部添加鎖存器即可直接連接到各種微處理器。 ICL7109有兩種接口方法:直接接口和掛接接口。 在直接接口方案中，當ICL7109的轉換終止時，轉換終止命令被從STATUS輸出到單片微計算機，并且單片微計算機按照分開的方式讀取轉換之后的數據，其中該轉換后的數據包括高位字節和低位字節。 在掛接接口方案的情況下，ICL7109提供工業標準的數據交換模式并且應用于遠程數據采集系統。 ICL7109是一個40線雙聯封裝，各針腳的功能參考了相關文獻。 (4)ICL7109和89C51的接口基本系統采用直接接口方式，7109的模式側被接地，7109以直接輸出方式動作。 當振蕩器選擇端子(即，OS端子，24腳)接地時，7109個時鐘振蕩器工作在晶體振蕩器中，其內部時鐘等于58分鐘的振蕩器頻率，而外部晶體是6MHz，時鐘頻率=6MHz/58=103kHz。 積分時間=2048×； 時間周期=20ms，與50Hz電源周期相同。 積分時間是電源周期的整數倍，可以抑制50Hz的串行模式干擾。 在模擬輸入信號較小的情況下，例如，在0~0.5伏的情況下，可以將自動調零電容設為積分電容CINT的2倍，可以減少噪聲，CAZ的值越大，則噪聲越小，如果CINT被選擇為0.15&mu，則CAZ=2CINT=0.33&mu； f。 當來自傳感器的微弱信號被放大器放大之后處于0~5V時，噪聲的影響不是主要的，而是可以較大地選擇積分電容CINT、CINT=2CAZ、CINT=0.33&mu的f、CAZ=0.15&mu； f，通常CINT和CAZ在0.1&mu的f到1&mu； f間選擇。 積分電阻RINT是與滿足度電壓情況對應的電阻值(電流為20&mu； a、輸入電壓=4.096V時，RINT=200k&Omega； 在此情況下，基準電壓V+RI與V-RI之間為2V，通過電阻R1、R3與電位器R2的分壓來取得。 本電路將CE/LOAD端子接地，芯片始終處于有效狀態。 在RUN/HOLD (運行/保持)端子上連接+5V，連續進行A/D轉換。 在A/D轉換正在進行中，當狀態端子成為高電平、狀態端子成為低電平時，從P2.6向ICL7109的HBEN輸出低電平的信號，讀出高位4位的數據、極性、溢出比特，從P2.7向LBEN輸出低電平信號，低位8位 在本系統中連續進行CE/LOAD接地、RUN/HOLD連接+5V、A/D變換，但如果89C51不查詢P1.0端子，則不能賦予HBEN、LBEN信號，A/D變換的結果不出現在數據總線D0~D7中。 在不需要收集數據的情況下，不影響89C51的工作，因此此方法簡化了設計且節省了硬件和軟件。 (5)顯示電路采用3位LED數字管道顯示器，數字管道的段控制在P1端口進行輸出，位控制在P3.0、P3.1、P3.2進行控制。 7407是6位驅動柵極，其為集電極開路柵極，其輸入為&ldquo； 0&rdquo； 時間輸出為&ldquo； 0&rdquo； 輸入是&ldquo； 1&rdquo； 時輸出為off時，必須連接位電路。 共享兩個7407，分別作為段控制和比特控制的驅動。 數字編碼管選擇陽極接合法，其位為&ldquo； 1&rdquo； 時，此數字代碼將打開，動態顯示軟件將完成，從而節省硬件開銷。

本文熱電偶高頻詞： 信號  電路 

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