畢業綜合實踐文件
課題名稱： 數字式溫度測量控制電路的設計
姓名： 樊正建學號： 09034214
系別電氣系
專業電子工程資訊科技
指導老師： 王瑞陽專業技術職務副教授
2023年 3月浙江溫州
溫州職業技術學院
畢業綜合實踐開題報告
姓名： 樊正建學號： 09034214
專業： 電子資訊工程技術
課題名稱： 數字式溫度測量控制電路的設計
指導教師王瑞陽
2011 年 12月 19日
課題摘要
溫度是工業中非常關鍵的一項物理量，在農業、工業、各種高新技術的開發和研究中也是乙個非常普遍和常用的測量引數。目前，隨著資訊科技的發展，感測技術的廣泛應用，溫度的測量與控制已向自動化、智慧型化方向發展。目前普遍採用數位電路完成。
設計的數字溫度計與傳統的溫度計相比，輸出溫度採用數字顯示，具有讀數方便，測溫範圍廣，測溫準確等重要特點。
本設計採用的溫度感測器是k型熱電偶，將溫度的變化轉換成電訊號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電訊號的變化有一定的關係，如線性關係，一定的曲線關係等，這個電訊號可以使用模數轉換的電路即a/d將模擬訊號轉換為數碼訊號，在通過數位電路（計數、解碼和顯示）直接指示出溫度值，成為可以顯示出來的溫度數值，如25.0攝氏度，然後通過顯示單元，如led,lcd或者電腦螢幕等顯示出來給人觀察。在通過控制電路來完成溫度的控制，這樣就完成了數字式溫度的基本測溫功能。
關鍵詞：k型熱電偶、冷端補償、線性校正、0-800℃、設定值、a/d轉換
目次 溫度是乙個基本物理量，也是乙個與人們的生活環境、生產活動密切相關的重要物理量。溫度的測量和控制技術應用十分廣泛。在工農業生產和科學研究中，經常需要對某一系統的溫度進行測量，並能自動地控制、調節該系統的溫度。
通過該設計我們可以直**到溫度視數變化，根據實際系統的需要調節系統溫度。
進一步熟悉模擬和數字設計方法和規範，並進一步鞏固所學模擬電子及相關知識，達到綜合應用電子技術的目的，培養設計開發以及動手實踐等能力，學會閱讀相關科技文獻，查詢器件手冊與相關引數，獨立思考分析，完整理總結設計報告。了解溫度感測器件的功能，學會在實際電路中應用。進一步熟悉整合運算放大器的線性和非線性應用。
了解檢測溫度的感測器種類不同，採用的測量電路和要求不同，執行器、開關等的控制方式也不同。運用電子技術來實現溫度測量和控制任務，完成溫度測量和控制電路的連線和除錯。學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析問題和解決問題的能力。
1) 能把溫度量轉換成比例的模擬電訊號（電壓或電流）；
2) 把模擬電訊號變換成數碼訊號；
3) 最後通過數位電路（計數、解碼和顯示）直接指示出溫度值；
4) 被測溫度和控制溫度均可數字顯示；
5) 測量溫度為08000c，精度為0．50c；
圖2.1：熱電偶溫度控制方框圖
比較器：選用運放構成的遲滯比較器
a/d轉換、顯示電路：選用icl7107
熱電偶可採用冷端補償（冷端恆溫法、補償導線法），經過非線性反饋進行校正，形成線性凋零電路，量程調整採用定位器，設定值採用外圍硬體，用7107晶元a/d轉換，用共陽數碼管驅動。
本次採用k型熱電偶。k型熱電偶作為一種溫度感測器，k型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調節器配套使用。k型熱電偶可以直接測量各種生產中從0℃到1300℃範圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。
圖3.1：k型熱電偶
k型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。
k型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩定性和均勻性較好，抗氧化效能強，**便宜等優點，能用於氧化性惰性氣氛中廣泛為使用者所採用。
熱電偶測溫必須由熱電偶、連線導線及顯示儀表三部分組成。下圖是最簡單的熱電偶測溫示意圖。
圖3.2：熱電偶溫度計示意圖
按右圖組成的熱電偶蕊及測溫電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶迴路中就會產生熱電勢，這種物理現象就稱為熱電現象(即熱電效應)。在熱電偶迴路中產生的電勢由溫差電勢和相接觸電勢兩部分組成接觸電勢：它是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產生的一種熱電勢。
當兩種不同的導體a和b相接觸時，假設導體a和b的電子密度分別為na和nb並且na>nb，則在兩導體的接觸面上，電子在兩個方向的擴散率就不相同，由導體a擴散到導體b的電子數比從b擴散到a的電子數要多。導體a失去電子而顯正電，導體b獲很電子而顯負電。因此，在a、b兩導體的接觸面上便形成乙個由a到b的靜電場，這個電場將阻礙擴散運動的繼續進行，同時加速電子向相反方向運動，使從b到4的電子數增多，最後達到動態平衡狀態。
此時a、b之間也形成一電位差，這個電位差稱為接觸電勢。此電勢只與兩種導體的性質相接觸點的溫度有關，當兩種導體的材料一定，接觸電勢僅與其接點溫度有關。溫度越高，導體中的電子就越活躍，由a導體擴散到b導體的電子就越多，致使接觸面處所產生的電場強度越高，因而接觸電勢也就越大。
這樣將1產生的溫差熱電勢通過連線導線2在顯示儀表3中顯示出來。
檢出(測溫)元件熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表，其優點是：
①測量精度高。因熱電偶直接與被測物件接觸，不受中間介質的影響。
②測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。
③構造簡單，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，外有保護套管，用起來非常方便。
表1：k型熱電偶分度表
熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連線的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關係。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將影響嚴重測量的準確性。在冷端採取一定措施補償由於冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償。
熱電偶的熱電勢是以冷端在零度為標準測量的。然而，通常測量時儀表是處於室溫之下的，由於冷端不為零度，造成熱電勢差減小，使測量不准，出現錯誤。
不補償會出現測量錯誤。例如用毫伏計測量溫度，熱電偶冷端為50度，接補償導線，補償導線冷端為室溫20度，如果不採取調整零點的方法，測量顯示溫度為實際溫度減去20度。
圖4 .1：補償電路
數字式溫度計設計報告
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