熱電偶傳感器測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

介紹一種典型的單片機(jī)控制的測溫系統(tǒng)。 它由三大部分組成。 (1)測量放大電路(2)A/D轉(zhuǎn)換電路(3)顯示電路。 它廣泛應(yīng)用于電廠、化工廠的測溫和溫度控制系統(tǒng)。 1、硬件設(shè)計(jì)(1)熱電偶溫度傳感器本系統(tǒng)使用鎳的鎳硅熱電偶，被測溫度范圍為0~655℃，采用冷端補(bǔ)償或補(bǔ)償電橋法，采用不平衡電橋產(chǎn)生的電位，補(bǔ)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(gè)橋臂和橋穩(wěn)壓源構(gòu)成，與熱電偶電路串聯(lián)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(wěn)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(shí)橋的4個(gè)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(dá)到了冷端補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)完成。 (2)在測量和放大電路的實(shí)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(yōu)選采用測量放大電路。 測量放大器又稱數(shù)據(jù)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(shí)間的溫度漂移小，測量放大器的穩(wěn)定性好。 在由三相運(yùn)算放大器構(gòu)成的測量放大器中，差動(dòng)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(jié)構(gòu)，并且通過將被測定信號直接施加給輸入端子，來較強(qiáng)地保證抑制共模信號的能力。 A3實(shí)際上是差動(dòng)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?yàn)楫?dāng)a-1和a-2的性能彼此對稱時(shí)(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(yuǎn)距離處傳送的信號 RW是用于調(diào)整放大率的外接電阻，在此使用多旋轉(zhuǎn)電位器。 在實(shí)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(diào)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(diào)&rdquo； 技術(shù)、VIOS、IIOS、&alpha； VIOS與&alpha； IIOS均較小，廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密相加、比校準(zhǔn)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(diào)整，需要零調(diào)整時(shí)可通過RW進(jìn)行調(diào)整。 A3采用741芯片，要求雙電源供應(yīng)，供電范圍為±； (3~18)V，典型的供電為±； 15V，一般為±以上5V，內(nèi)部包含補(bǔ)償容量，無需外接補(bǔ)償容量。 (3)A/D (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)不接受，因此需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 在實(shí)際電路中，選擇ICL7109芯片。 ICL7109是具有高精度、低噪聲、低漂移、廉價(jià)的雙積分型12位A/D轉(zhuǎn)換器。 當(dāng)前，由于12位依次近似式A/D轉(zhuǎn)換器昂貴，因而當(dāng)要求速度不太高時(shí)，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(tǒng)中，能夠采用廉價(jià)的2積分式12位A/D轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)值為15&mu； VP-P； (3)低漂移( <； 1&mu； V/℃； (4)高輸入阻抗(標(biāo)準(zhǔn)值1012&Omega； ]； (5)低功耗( <； 20mW； (6)在轉(zhuǎn)換速度zui達(dá)到30次/秒并且將3.58MHz晶體振子用作振動(dòng)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(gòu)造具有不同頻率的時(shí)鐘電路，(8)12比特二進(jìn)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(jié)(劃分為高字節(jié))三態(tài)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(tǒng)( 10 )；以及 和STATUS (狀態(tài))信號可監(jiān)視控制切換時(shí)間的( 11 )所有輸入端子均有防靜電電路。 ICL7109內(nèi)部包括14位鎖存器( 12位數(shù)據(jù)和1位極性、1位溢出)和14位三態(tài)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(dāng)ICL7109的轉(zhuǎn)換終止時(shí)，轉(zhuǎn)換終止命令被從STATUS輸出到單片微計(jì)算機(jī)，并且單片微計(jì)算機(jī)按照分開的方式讀取轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)，其中該轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)包括高位字節(jié)和低位字節(jié)。 在掛接接口方案的情況下，ICL7109提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換模式并且應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 ICL7109是一個(gè)40線雙聯(lián)封裝，各針腳的功能參考了相關(guān)文獻(xiàn)。 (4)ICL7109和89C51的接口基本系統(tǒng)采用直接接口方式，7109的模式側(cè)被接地，7109以直接輸出方式動(dòng)作。 當(dāng)振蕩器選擇端子(即，OS端子，24腳)接地時(shí)，7109個(gè)時(shí)鐘振蕩器工作在晶體振蕩器中，其內(nèi)部時(shí)鐘等于58分鐘的振蕩器頻率，而外部晶體是6MHz，時(shí)鐘頻率=6MHz/58=103kHz。 積分時(shí)間=2048×； 時(shí)間周期=20ms，與50Hz電源周期相同。 積分時(shí)間是電源周期的整數(shù)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(dòng)調(diào)零電容設(shè)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(dāng)來自傳感器的微弱信號被放大器放大之后處于0~5V時(shí)，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(yīng)的電阻值(電流為20&mu； a、輸入電壓=4.096V時(shí)，RINT=200k&Omega； 在此情況下，基準(zhǔn)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(tài)。 在RUN/HOLD (運(yùn)行/保持)端子上連接+5V，連續(xù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 在A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中，當(dāng)狀態(tài)端子成為高電平、狀態(tài)端子成為低電平時(shí)，從P2.6向ICL7109的HBEN輸出低電平的信號，讀出高位4位的數(shù)據(jù)、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(tǒng)中連續(xù)進(jìn)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(jié)果不出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線D0~D7中。 在不需要收集數(shù)據(jù)的情況下，不影響89C51的工作，因此此方法簡化了設(shè)計(jì)且節(jié)省了硬件和軟件。 (5)顯示電路采用3位LED數(shù)字管道顯示器，數(shù)字管道的段控制在P1端口進(jìn)行輸出，位控制在P3.0、P3.1、P3.2進(jìn)行控制。 7407是6位驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，其為集電極開路柵極，其輸入為&ldquo； 0&rdquo； 時(shí)間輸出為&ldquo； 0&rdquo； 輸入是&ldquo； 1&rdquo； 時(shí)輸出為off時(shí)，必須連接位電路。 共享兩個(gè)7407，分別作為段控制和比特控制的驅(qū)動(dòng)。 數(shù)字編碼管選擇陽極接合法，其位為&ldquo； 1&rdquo； 時(shí)，此數(shù)字代碼將打開，動(dòng)態(tài)顯示軟件將完成，從而節(jié)省硬件開銷。

本文熱電偶高頻詞： 信號  電路 

轉(zhuǎn)載：感謝您對熱電偶行業(yè)網(wǎng)站的認(rèn)可，以及對我們作品以及文章的青睞，非常歡迎各位朋友分享到個(gè)人站長或者朋友圈，但轉(zhuǎn)載請說明文章出處“京儀熱電偶”。