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  • 关于RTD温度测量系统应用解析

    关于RTD温度测量系统应用解析

    通常通过与传感器直接接触来测量温度,例如通过将传感器浸入到液体中或通过与机器的表面接触来测量温度。除热敏电阻和热电偶之外,由于其快速响应时间和高达几百µV/°C的出色灵敏度,电阻温度检测器(RTD)尤其适用。它们也可用于–200°C至+800°C超宽范围内的测量,且具有近线性行为。RTD提供多种版本,例如2线、3线或4线版本,且具有高度应用灵活性。 为了产生测量电压,RTD需要激励电流。根据RTD类型,电压电平从几十到几百mV不等。测量系统的精度不仅取决于温度传感器,还取决于选择合适的测量仪器、系统配置以及测量电路类型。根据导线数量,RTD传感器可用于2线、3线或4线测量电路。这些不同测量电路的对比如图1所示。 在2线测量电路中,为RTD提供激励电流(I)的两根导线也用于测量传感器电压。由于传感器电阻很低,即使是较低的导线电阻,RL也会产生相对较高的测量不精确性。在3线或4线测量系统中,由于传感器激励通过单独的导线发生,并且传感器的测量导线直接放置在通常具有高阻抗的测量器件输入端上,可最大限度降低此误差。 遗憾的是,由于RTD上的压降较低,信号非常容易受到噪声的影响。因此,应尽可能避免使用较长的测量导线。可通过将电压放大尽可能靠近信号源或RTD来降低噪声。此外,具有良好信噪比(SNR)的敏感型模数转换器(ADC)适用于进一步的数据处理。ADI公司的∑-Δ ADC,如AD7124系列,提供一款完成集成的 24位、低噪声模拟前端(AFE),非常适合高精度测量应用。输入可以选择性地配置为差分输入或单端/伪差分输入。AD7124系列还集成了数字滤波器和可编程放大器级,使其非常适合低压应用。图2所示电路为使用AD7124的4线测量配置示例。 图1. 2线、3线和4线测量对比 AD7124上的模拟引脚AIN2和AIN3配置为差分输入且用于测量RTD电压。RTD激励电流从模拟电源电压AVDD汲取,并通过AIN0提供。激励电流同时流过基准电阻RREF1,作为精密电阻工作,然后会导致通过基准引脚REFIN1(+)和REFIN1(–)检测到的压降。所造成的压降与RTD上的压降成正比。此比率式配置确保激励电流的变化对系统总体精度没有影响。由于ADC的有源内部模拟缓冲器,RREF2会产生正常运行所需的失调电压。在模数转换之前,需要缓冲器对读数进行滤波,从而提供抗混叠特性并降低噪声。或者,也可以将所有模拟输入和基准输入与分立RC滤波器相连。在使用AD7124开始简单测量之前,校准测量系统(零电平和满量程校准)可最大限度降低增益和偏置误差。

    时间:2019-12-27 关键词: 温度测量 电源资讯 rtd

  • 使用AT89C51和DS18B20温度测量方法

    温度的测量和控制在激光器、光纤光栅的使用及其他的工农业生产和科学研究中应用广泛。温度检测的传统方法是使用诸如热电偶、热电阻、半导体PN结之类的模拟温度传感器。信号经取样、放大后通过模数转换,再交自单片机处理。被测温度信号从温敏元件到单片机,经过众多器件,易受干扰、不易控制且精度不高。因此,本文介绍一种新型的可编程温度传感器DS18B20,他能代替模拟温度传感器和信号处理电路,直接与单片机沟通,完成温度采集和数据处理。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。 2温度测量系统硬件 系统结构图如图1所示[1]。这里通过上拉电阻直接驱动LED显示。以增加线路复杂度为代价,减少芯片数量。   2.1数字温度传感器DS18B20 DS18B20是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。他具有独特的单总线接口方式,仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。采用数字信号输出提高了信号抗干扰能力和温度测量精度。他的工作电压使用范围宽(3.0~5.5 V),可 以采用外部供电方式,也可以采用寄生电源方式,即当总线DQ为高电平时,窃取信号能量给DS18B20供电。他还有负压特性,电源极性接反时,DS18B20不会因接错线而烧毁,但不能正常工作。可以通过编程实现9~12位的温度转换精度设置。由表1[2]可见,设定的分辨率越高,所需要的温度数据转换时间就越长,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 DS18B20采用3脚TO-92封装,形如三极管,同时也有8脚SOIC封装,还有6脚的TSOC封装。测温范围为-55~+125℃,在一10~85℃范围内,精度为±0.5℃。每一个DS18B20芯片的ROM中存放了一个64位ID号:前8位是产品类型编号,随后48位是该器件的自身序号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码。又因其可以采用寄生电源方式供电。因此,一条总线上可以同时挂接多个DS18B20,实现多点测温系统。另外用户还可根据实际情况设定非易失性温度报警上下限值TH和TL。DS18B20检测到温度值经转换为数字量后,自动存入存储器中,并与设定值TH或TL进行比较,当测量温度超出给定范围时,就输出报警信号,并自动识别是高温超限还是低温超限。   2.2 AT89C51单片机 AT89C51单片机是ATMEL公司生产的高性能8位单片机,主要功能特性如下: ①兼容MCS-51指令系统; ②32个双向I/O口,两个16位可编程定时/计数器; ③1个串行中断,两个外部中断源; ④可直接驱动LED; ⑤低功耗空闲和掉电模式; ⑥4 kB可反复擦写(>1 000次)FLASI ROM; ⑦全静态操作O~24 MHz; ⑧128×8 b内部RAM。 该款芯片的超低功耗和良好的性能价格比使其非常适合嵌入式产品应用。 3温度测量系统软件 DS18B20简单的硬件接口是以相对复杂的接口编程为代价。由于DS18B20通过单总线与单片机进行通讯,所以其通讯功能是分时完成的。他与单片机的接口协议是通过严格的时序来实现的,只有在特定的时隙,才能实现DS18B20数据的写入和读出。这里以AT89C51和一个DS18B20通讯为例,列出部分通讯的汇编语言代码。   3.1 初始化子程序(RESET) 与DS18B20的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个DS18B20的应答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲,保持低电平时间最少480μs,最多不能超过960μs。然后,单片机释放总线,等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20在接受到复位脉冲后等待15~60μs才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60~240μs。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待480 μs。程序代码如下:   3.2 WRITE子程序 写时隙需要15~75 μs,且在2次独立的写时隙之间至少需要1μs的恢复时间。写时隙起始于单片机拉低总线。以要把单片机A中的数据发给DS18B20为例,程序代码如下:   3.3 READ子程序 读时隙需15~60 μs,且在2次独立的读时隙之间至少需要1 μs的恢复时间。读时隙起始于单片机拉低总线至少1 μs。DSl8820在读时隙开始15μs后开始采样总线电平。以单片机读取2 B的数据为例。程序代码如下:   用DS18820测量温度,在其内部就能进行A/D转换,输出数字量与单片机直接通讯,无需外加A/D转换器,转换速度快,降低了成本,而且简化了电路,提高了系统的集成度,使其满足了最简的要求。这个温度传感器稍加改良,配合半导体制冷器还能实现高精度的温度控制功能。

    时间:2019-07-22 关键词: at89c51 温度测量 ds18b20

  • 数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真

    这是一款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真资料,特别适合单片机初学者学习参考,这款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序使用模块化编程,方便移置,单片机使用AT89C51单片机,数码使用四位共阴数码管,这样简化了硬件电路,降低了硬件的制作难度。这款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序是在Keil4环境下编译通过,并在Proteus7.8仿真软件下仿真通过。温度测量范围是:-55-125度。由于源程序直接贴出来会丢后些重要内容,所以特别将这款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真资料打包后放在百度网盘上,需要的爱好者可以自己去下载。    

    时间:2019-07-01 关键词: 51单片机 温度测量 ds18b20 数码管显示

  • DS18B20制作的温度测量模块

    DS18B20制作的温度测量模块,这款能显示正负值的单片机DS18B20测温模块是由电子乐屋源创制作,单片机驱动数码管的端口设置成推挽工作方式,这样使用整个显示电路比较简单,数码管段驱动端省去了限流电阻,数码管亮度显示通过程序控制通断时间实现。只使用了6只元件:一只DS18B20数字温度传感器、一个USB插口、一片STC12C4052单片机、一个4位一体共阳数码管,一个10uf贴片复位电容、一个10k的贴片复位电阻。由于电路比较简单,这里直接给出PCB图,设计温度测量范围是:-9.9~99.9℃,下面是制作过程,文后附有源程序,源程序适合于STC1T单片机。下图是制作好的实物工作照片。         为了方便单片机爱好都仿制,附上源程序:注意(贴出来的程序可能头文件会发生变化,注意自己修改一下 //使用单片机内部RC振荡器 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sfr P1M0 = 0x91; sfr P1M1 = 0x92; sfr P3M0 = 0xB1; sfr P3M1 = 0xB2; #define ENABLE_ISP 0x84 //系统工作时钟<6MHz 时,对IAP_CONTR 寄存器设置此值 sbit temp=P1^7; sbit LED0=P3^0; //C sbit LED1=P1^4; // 小数点后一位 sbit LED2=P1^3; //个位 sbit LED3=P1^0; // 十位 sbit A=P1^1; sbit B_B=P1^5; sbit C=P3^2; sbit D=P3^4; sbit E=P3^5; sbit F=P1^2; sbit G=P3^1; sbit H=P3^3; //小数点 uchar temp_low,zf,mz; int temp_high; int final_temp; void dm(mz); void delay(uint x) //(x+1)*6微 { while(x--); } void delay_long(uint x) { uint i; while(x--) { for(i=0;i<125;i++); } } void init_ds18b20()//初始化 { temp=1;//复位 delay(6);//稍作延时 temp=0; delay(145);//延时大于480us(520us) temp=1; delay(14);//这个时间不能太长,否则就过了检测信号的时间了 void read_signal()//读取应答脉冲 { while(temp); while(~temp)//检测到应答脉冲 { delay(7); break; } } bit readbit_ds18b20() { bit b; temp=1; delay(6);//稍作延时 temp=0; delay(2);//保持低最少1us(4us) temp=1; delay(4);//延时15us以后输出数据有效(23us) b=temp; delay(20);//读时间间隙不少于60us(71us) return(b); } void writebyte_ds18b20(uchar b)//写0写1一起完成 { int i,j; uchar btemp; temp=1; for(i=0;i<8;i++) { j=0; btemp=b&0x01; b>>=1; if(btemp==0) { temp=0; delay(18);//保持拉低在60us以上(71us) temp=1; } else { temp=0; j++;//15us之内拉高 temp=1; delay(18);//整个写时序时间在60us以上(71us) } } } void temp_convert() { init_ds18b20();//初始化 read_signal();//读取应答脉冲 delay_long(4); writebyte_ds18b20(0xcc);//跳过验证序列号命令,若单线上有多个ds18b20,则不可用这个命令 writebyte_ds18b20(0x44);//启动温度转换命令 } char readbyte_ds18b20() { uint i; uchar a,b; b=0; for(i=0;i<8;i++) { a=readbit_ds18b20(); b=(a< } return(b); } uint read_ds18b20() { int y; float yy; init_ds18b20();//初始化 read_signal();//读取应答脉冲 delay_long(4); writebyte_ds18b20(0xcc);//跳过验证序列号命令 writebyte_ds18b20(0xbbe);//读取内部ROM的数据 temp_low=readbyte_ds18b20();//读数据时低位在前,高位在后 temp_high=readbyte_ds18b20(); y=temp_high; y<<=8; y=y|temp_low;//整合为一个int型 yy=y*0.0625;//12位精度为0.0625 y=yy*10+0.5; return(y); } void display(uint x) { uchar sw,gw,xs; sw=x/100; gw=x0/10; //个位 xs=x; //小数 if(zf==1) { sw=11; } else { if(sw==0) { sw=12; } } dm(sw); LED3=1; delay(30); LED3=0; delay(10); dm(gw); LED2=1; delay(30); LED2=0; delay(10); dm(13); LED2=1; delay(10); LED2=0; delay(10); dm(xs); LED1=1; delay(30); LED1=0; delay(10); dm(10); LED0=1; delay(30); LED0=0; delay(10); } void dm(mz) { switch(mz) { case 0:A=0;B_B=0;C=0;D=0;E=0;F=0;G=1;H=1;break; case 1:A=1;B_B=0;C=0;D=1;E=1;F=1;G=1;H=1;break; case 2:A=0;B_B=0;C=1;D=0;E=0;F=1;G=0;H=1;break; case 3:A=0;B_B=0;C=0;D=0;E=1;F=1;G=0;H=1;break; case 4:A=1;B_B=0;C=0;D=1;E=1;F=0;G=0;H=1;break; case 5:A=0;B_B=1;C=0;D=0;E=1;F=0;G=0;H=1;break; case 6:A=0;B_B=1;C=0;D=0;E=0;F=0;G=0;H=1;break; case 7:A=0;B_B=0;C=0;D=1;E=1;F=1;G=1;H=1;break; case 8:A=0;B_B=0;C=0;D=0;E=0;F=0;G=0;H=1;break; case 9:A=0;B_B=0;C=0;D=0;E=1;F=0;G=0;H=1;break; case 10:A=0;B_B=1;C=1;D=0;E=0;F=0;G=1;H=1;break; //C case 11:A=1;B_B=1;C=1;D=1;E=1;F=1;G=0;H=1;break; //- case 12:A=1;B_B=1;C=1;D=1;E=1;F=1;G=1;H=1;break; //不显示 case 13:A=1;B_B=1;C=1;D=1;E=1;F=1;G=1;H=0;break; //小数点 } } void main(void) { P1M0 = 0x00; P1M1 = 0x19; P3M0=0x00; P3M1=0x01; LED0=0; //C LED1=0; // 小数点后一位 LED2=0; //个位 LED3=0; // 十位 read_ds18b20(); temp_convert(); delay_long(5); delay_long(2000);//delay(5)就是延时555us while(1) { temp_convert(); delay_long(5); final_temp=read_ds18b20(); if(final_temp<0) { final_temp=-(final_temp-1); zf=1; } else zf=0; display(final_temp); } }

    时间:2019-07-01 关键词: 温度测量 ds18b20

  • 各种温度测量技术及其优缺点

    各种温度测量技术及其优缺点

    随着我们周围的世界自动化程度越来越高,各种数据的感测就变得越来越重要。虽然我们能够检测到比以往更多的参数,但准确感测温度水平的能力仍然是电子设计中最重要的任务之一。无论是我们生活的环境,我们烹饪食物的烤箱,还是我们自己的体温,温度信息在我们生活的几乎各个方面都很有价值。在工业应用中,监控和计算设备的温度可以通过保持最佳工作温度来实现早期故障检测或更长的工作寿命。测量温度的方法有好多种,每种方法都各有所长,分别适合不同的应用场景。本文将介绍三种最常用的温度测量方法:热敏电阻、热电偶和红外(IR)技术。 热敏电阻 热敏电阻也是一种电阻,其电阻值可随着周围环境温度而变化,这种变化可以来自环境空气或与其接触的表面(或者甚至可能嵌入其中)。这些简单的装置由金属氧化物制成,通过将金属氧化物压入方便易用的珠子、圆盘或圆柱体,然后用环氧树脂或玻璃封装。根据所选择的材料不同,其电阻值可以随温度增加,即正温度系数(PTC)情况,或者岁温度上升而阻值减小,即负温度系数(NTC)情况。在温度测量应用中,NTC类型通常更受欢迎的组件,而PTC类型通常用作热熔丝(thermal fuses)。 从热敏电阻正面的角度看,它使用起来非常简单,购买成本低廉,本身坚固耐用,并能够以可预测的方式响应温度变化。虽然电阻变化是非线性的,但这种变化能够遵循为特定型号热敏电阻定义的曲线。热敏电阻也非常灵敏和精确,而且具有很高的稳定性。然而,它们不适合测量范围较宽的温度变化,并且通常仅在预期的“基础”温度附近相当窄的范围内工作,再加上其响应时间较慢,因而使其应用受到一些限制。 图1:NTC热敏电阻曲线示例,这里显示了电阻值和温度之间的关系。 热敏电阻的应用方式多种多样,可以用来测量环境温度,也能够粘合到表面或甚至嵌入到物体(例如散热器)内部以测量那里的温度。当粘合到物体表面或嵌入到物体内部时,热敏电阻是一种侵入式测量形式,这意味着它们的存在会对被测温度产生影响。在实际应用中,热敏电阻非常小,热质量(thermal mass)最小,在大多数应用中这很少成为问题。 热敏电阻可以是引线型,或者更常见的是表面贴装器件(SMD),例如村田制作所(Murata)的NCU15XH103D60RC,这是一款1.0mm x 0.5mm封装大小的NTC元件。该热敏电阻的标称电阻为10kΩ,工作温度在-40℃~+125℃。它适用于非常广泛的应用,尤其适用于电气/电子电路和温度敏感元件(如晶体管,IC和振荡器)等的温度补偿。随着电池供电技术的发展,这种类型的热敏电阻被用于监控可充电电池组在运行期间以及充电时的温度。 图2:村田制作所的NCU15XH103D60RC NTC热敏电阻。 热电偶 热电偶基本上包括由不同金属制成的两根电线,它们在一端连接在一起而在另一端分开。连接端的温度变化(称为“热”结)会在分开端(“冷”结)引起微小电压,其值与两个结之间的温差成比例。热电偶测量的是温度差值,因此必须知道冷端温度才可以计算热结的温度。顺便说一句,上述提到的术语“热”结和“冷”结是业界的习惯命名法,实际上热结的温度可能低于冷结的温度。一些人已经开始将连接端表示为“测量值”和“参考值”,以避免这种潜在的混淆。 热电偶的温度特征由所使用的电线决定,或者具体说,由制成电线的材料决定。每个热电偶都有一个字母名称,其中J,K和T最常见。 K型由两种镍合金(Chromel和Alumel)制成,其中包括铬、铝、锰和硅。差分温度与冷端电压之间的关系由测量得到的塞贝克系数(Seebeck coefficient)确定(mV/℃)。 R和S型热电偶具有较低塞贝克系数(<10),而更常见的热电偶类型(J,K,T和E)具有较高的塞贝克系数(> 40)。 热电偶的最大优势是可以覆盖非常宽的温度范围(通常为-200℃~+2500℃),因此可用于从航空电子设备到低温设备等多种环境。它们非常牢固,不受冲击或振动的影响。热电偶作为一种被动设备,它们本身也是安全的,因此可以部署在具有潜在爆炸性气体的危险环境。热电偶具有较低的热质量,这意味着它们能够快速响应快速变化的温度,通常不到一秒钟。但它们并非理想适用于所有应用,其中一个最大的挑战是产生的信号强度非常低,可能需要先进的信号调节来增强信噪比。由于热电偶是长导线,非常容易受到周围干扰影响,这可以通过将导线扭绞在一起或通过施加屏蔽层来降低干扰。而且这些导线也可能容易产生腐蚀。热电偶的另一个主要缺点是准确度稍差(通常误差在±1℃左右),这在测量相对较低的温度时是一个非常大的问题,但在测量诸如喷气发动机或火焰之类的高温时则完全足够。此外,热电偶的输出不是线性,但J和K型热电偶确实具有显著的(几乎)线性区域,这是它们非常受欢迎的一个原因。 一些设计工程师可能希望利用热电偶灵活性,但又不必进行颇具挑战性的信号处理,此时他们可以使用Microchip的MCP9600/L00。该器件可直接连接到热电偶(K,J,T,N,S,E,B或R型),并为热电偶电压提供所有必要的信号调理和非线性校正,通过100kHz双线I2C总线输出温度值。该器件适用于基于物联网的电池供电应用,工作电流仅为300μA,在关断模式下仅消耗2μA电流。每个单元内置四个寄存器,可以设置单独的温度警报。 红外温度测量 热敏电阻和热电偶都是接触式测量,这意味着它们必须与被测量物体直接接触,在某些情况下,这可能不是很方便,而在其他某些情况下可能会影响测量结果,因为测量探头可以在其中散热。红外温度感测由于具备准确、可靠且坚固等特点,在医疗和工业等应用中越来越受欢迎,其工作原理是基于每一个物体都会发出热辐射,并根据Stefan-Boltzmann定律(黑体每单位表面积辐射的能量与其温度的四次方成正比)可以得到测量温度。 热电堆传感器采用一种薄的热隔离膜,连接到多个串联的微型热电偶。由于膜具有低热质量,可以快速加热 ,并随后进行测量。参考热敏电阻能够确定冷端的温度,从而可以生成绝对温度。为了使传感器小型化并应用于智能手机等便携式设备,经常采用MEMS架构。 采用这项技术的一款最新器件是Melexis公司的非接触式MLX90632微型红外传感器,该器件在出厂时已经过校准,适用于环境温度在-20℃~+85℃,被测物体温度在-20℃~+200℃的应用,测量的温度是传感器50°视场(FoV)内所有物体温度的平均值。该款Melexis器件集成有复杂的补偿算法,以确保始终能获得准确的测量结果。超小型传感器包含一个用于测量物体能量的热电堆,以及一个跟踪传感器本身温度水平的传感器元件。两个读数经过放大、数字化和数字滤波后被存储在RAM,然后通过I2C通信接口提供给更高级的系统(如微控制器)。 总结 我们需要测量的温度可能只是一个基本参数,但也是最关键的参数之一。温度在控制我们的环境,保持机器设备的最佳性能,以及医疗保健应用等方面都非常重要。本文介绍的用于温度测量的各种方法(包括每种技术的优点和不足)和器件应该有助于工程师为其具体应用选择最佳方案。

    时间:2019-06-19 关键词: 红外 ir 热敏电阻 温度测量 热电偶

  • 热电偶温度测量系统电路图,耗用电流低于500μA

    热电偶温度测量系统电路图,耗用电流低于500μA

      电路功能与优势  图1所示电路是一个基于24位Σ-Δ型ADC AD7793 的完整热电偶系统。AD7793是一款适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端,内置PGA、基准电压源、时钟和激励电流,从而大大简化了热电偶系统设计。系统峰峰值噪声约为0.02°C。  AD7793的最大功耗仅500 μA,因而适合低功耗应用,例如整个发送器的功耗必须低于4 mA的智能发送器等。AD7793还具有关断选项。在这种模式下,整个ADC及其辅助功能均关断,器件的最大功耗降至1 μA。  AD7793提供一种集成式热电偶解决方案,可以直接与热电偶接口。冷结补偿由一个热敏电阻和一个精密电阻提供。该电路只需要这些外部元件来执行冷结测量,以及一些简单的R-C滤波器来满足电磁兼容性(EMC)要求。    图1. 带冷结补偿的热电偶测量系统(原理示意图:未显示去耦和所有连接)  电路描述  本电路使用T型热电偶。该热电偶由铜和康铜构成,温度测量范围为?200°C至+400°C,产生的温度相关电压典型值为40 μV/°C。  热电偶的传递函数不是线性的。在0°C至+60°C的温度范围,其响应非常接近线性。但是,在更宽的温度范围内,必须使用一个线性化程序处理。  测试电路不包括线性化功能,因此,本电路的有用测量范围是0°C到+60°C。在该温度范围内,热电偶产生0 mV至2.4 mV的电压。内部1.17 V基准电压用于热电偶转换。因此,AD7793的增益配置为128。  AD7793采用单电源供电,热电偶产生的信号必须被偏置到地以上,从而处于该ADC支持的范围。对于128倍的增益,模拟输入端的绝对电压必须在GND + 300 mV至AVDD – 1.1 V范围内。  AD7793片上集成的偏置电压发生器偏置热电偶信号,使其共模电压为AVDD/2,确保以相当大的裕量满足输入电压限值要求。  热敏电阻在+25°C时的值为1 kΩ,0°C时的典型值为815 Ω,+30°C时的典型值为1040 Ω。假设0°C至30°C的传递函数为线性,则冷结温度与热敏电阻R之间的关系为:  冷结温度 = 30 × (R – 815)/(1040 – 815)  AD7793的1 mA激励电流用于为热敏电阻和2 kΩ精密电阻供电。基准电压利用该2 kΩ外部精密电阻产生。这种架构提供一种比率式配置,激励电流用于为热敏电阻供电,并产生基准电压。因此,激励电流值的偏差不会改变系统的精度。  对热敏电阻通道进行采样时,AD7793以1倍的增益工作。对于+30°C的最大冷结温度,热敏电阻上产生的最大电压为1 mA × 1040 Ω = 1.04 V。  热敏电阻的选择条件是:热敏电阻上产生的最大电压乘以PGA增益的结果小于或等于精密电阻上产生的电压。  对于ADC_CODE的转换值,相应的热敏电阻值R等于:  R = (ADC_CODE – 0x800000) × 2000/223  还需要考虑AD7793 IOUT1引脚的输出顺从电压。使用1 mA激励电流时,输出顺从电压等于AVDD – 1.1 V。从上述计算可知,电路满足这一要求,因为IOUT1的最大电压等于精密电阻上的电压加上热敏电阻上的电压,等于2 V + 1.04 V = 3.04 V。  AD7793以16.7 Hz的输出数据速率工作。每读取10个热电偶转换结果,就读取1个热敏电阻转换结果。相应的温度等于:  温度 = 热电偶温度 + 冷结温度  AD7793的转换结果由模拟微控制器ADuC832 处理,所得的温度显示在LCD显示器上。  该热电偶设计采用6 V(2节3 V锂电池)电池供电。一个二极管将6 V电压降至适合AD7793和模拟微控制器ADuC832的电平。ADuC832电源与AD7793电源之间有一个RC滤波器,用以降低进入AD7793的电源数字噪声。  图2显示了T型热电偶上产生的电压与温度的关系。圆圈内的区域是从0°C到+60°C,该区域内的传递函数接近线性。  图2. 热电偶电动势与温度的关系  当系统处于室温时,热敏电阻应指示室温的值。热敏电阻指示的是相对于冷结温度的相对温度,即冷结(热敏电阻)与热电偶的温差。因此,在室温时,热电偶应指示0°C。。  如果将热电偶放在一个冰桶中,热敏电阻仍旧测量环境(冷结)温度。热电偶应指示热敏电阻值的负值,使得总温度等于0。  最后,对于16.7 Hz的输出数据速率和128倍的增益,AD7793的均方根噪声等于0.088 μV。峰峰值噪声等于:  6.6 × 均方根噪声 = 6.6 × 0.088 μV = 0.581 μV  如果热电偶的灵敏度恰好为40 μV/°C,则热电偶的温度测量分辨率为:  0.581 μV ÷ 40 μV = 0.014°C  图3所示为实际的测试板。系统评估如下:分别在室温时以及将热电偶放入冰桶的情况下,测量热敏电阻温度、热电偶温度和分辨率。结果如表1所示。    图3. 采用AD7793的热电偶系统  从表1可知,热电偶报告的温度正确,热敏电阻则有0.3°C的误差。这是未包括线性化处理时的系统精度。如果对热电偶和热敏电阻进行线性化处理,系统精度将会提高,系统将能测量更宽的温度范围。  如果每读取10次就计算一次最小与最大温度读数之差,则用温度表示的峰峰值噪声为0.02°C。因此,实际的峰峰值分辨率非常接近期望值。  常见变化  AD7793是一款低噪声、低功耗ADC。其它合适的ADC有 AD7792 和 AD7785,这两款器件具有与AD7793相同的特性组合,但AD7792为16位ADC,AD7785为20位ADC。

    时间:2019-01-03 关键词: 电源技术解析 温度测量 热电偶

  • 3通道热电偶温度测量系统,精度为0.25℃电路图

    3通道热电偶温度测量系统,精度为0.25℃电路图

      电路功能与优势  图1中的电路在功能上可提供高精度、多通道的热电偶测量解决方案。精确的热电偶测量要求采用精密元件组成信号链,该信号链应当能够放大微弱的热电偶电压、降低噪声、校正非线性度并提供精确的基准结补偿(通常称为冷结补偿)。本电路可解决热电偶温度测量的全部这些难题,并具有±0.25°C以上的精度。  图1中的电路显示将3个K型热电偶连接至AD7793 精密24位 Σ-Δ型模数转换器(ADC),以测量热电偶电压。由于热电偶是一种差分器件而不是绝对式温度测量器件,必须知道基准结温才能获得精确的绝对温度读数。这一过程被称为基准结补偿,通常称为冷结补偿。本电路中ADT7320 精密16位数字温度传感器用于冷结基准测量,并提供所需的精度。  对于需要在热电偶提供的宽温度范围内进行高性价比的精确温度测量而言,这类应用非常受欢迎。    图1. 多通道热电偶测量系统(原理示意图:未显示所有连接和去耦)  电路描述  图1中的电路专为使用 ADT7320同时测量3个K型热电偶而设计,该器件是一款±0.25°C精度、16位数字SPI温度传感器。  热电偶电压测量  采用热电偶连接器和滤波器作为热电偶与AD7793 ADC之间的接口。每个连接器(J1、J2和J3)都直接与一组差分ADC输入相连。AD7793输入端的滤波器可在信号到达ADC的AIN (+)和AIN(?)输入端之前降低任何热电偶引脚上叠加的噪声。AD7793集成片内多路复用器、缓冲器和仪表放大器,可放大来自热电偶测量结点的小电压信号。  冷结测量  ADT7320精密16位数字温度传感器用于测量基准结(冷结) 温度,其精度在?20°C至+105°C温度范围内可达±0.25°C。 ADT7320完全经过工厂校准,用户无需自行校准。它内置一个带隙温度基准源、一个温度传感器和一个16位Σ-Δ型 ADC, 用来测量温度并进行数字转换, 分辨率为 0.0078°C。  AD7793和ADT7320均利用系统演示平台 (EVAL-SDP-CB1Z)由SPI接口控制。此外,这两个器件也可由微控制器控制。    图2. EVAL-CN0172-SDPZ电路评估板  图2显示带有3个K型热电偶连接器的EVAL-CN0172-SDPZ 电路评估板,AD7793 ADC, 和ADT7320温度传感器安装在独立柔性印刷电路板(PCB)的两块铜触点之间,用于基准温度测量。  图3是安装在独立柔性PCB上ADT7320 的侧视图,该器件插在热电偶连接器的两个铜触点之间。图3中的柔性PCB更薄更灵活,比小型FR4类PCB更具优势。它允许将ADT7320巧妙地安装在热电偶连接器的铜触点之间,以尽量降低基准结和ADT7320之间的温度梯度。    图3. 安装在柔性PCB上ADT7320的侧视图  小而薄的柔性PCB还能使ADT7320快速响应基准结的温度变化。 图4显示ADT7320的典型热响应时间。    图4.ADT7320典型热响应时间  本解决方案较为灵活,允许使用其它类型的热电偶,如J型或T型。本电路笔记中,选择K型是考虑到其更受欢迎。实际选用的热电偶具有裸露尖端。测量结位于探头壁(probe wall)之外,暴露在目标介质中。  采用裸露尖端的优势在于,它能提供最佳的热传导率、具有最快的响应时间,并且成本低、重量轻。不足之处是容易受到机械损坏和腐蚀的影响。因此,不适合用于恶劣环境。但在需要快速响应时间的场合下,裸露尖端是最佳选择。若在工业环境中使用裸露尖端,则可能需对信号链进行电气隔离。可使用数字隔离器达到这一目的 (见www.analog.com/icoupler)。  不同于传统的热敏电阻或电阻式温度检测器(RTD), ADT7320是一款完全即插即用型解决方案,无需在电路板装配后进行多点校准,也不会因校准系数或线性化程序而消耗处理器或内存资源。它在3.3 V电源下工作时的典型功耗仅为700μW,避免了会降低传统电阻式传感器解决方案精度的自发热问题。  精密温度测量指南  下列指南可确保ADT7320精确地测量基准结温度。  电源: 如果ADT7320 从开关电源供电,可能产生50 kHz以上的噪声,从而影响温度精度。为了防止此缺陷,应在电源和VDD. 之间使用RC滤波器。所用元件值应仔细考虑,确保电源噪声峰值小于1 mV  去耦: ADT7320必须在尽可能靠近 VDD 的地方安装去耦电容,以确保温度测量的精度。推荐使用诸如0.1μF高频陶瓷类型的去耦电容。此外,还应使用一个低频去耦电容与高频陶瓷电容并联,如10μF 至 50 μF 钽电容。  最大热传导: 塑料封装和背面的裸露焊盘(GND)是基准结至ADT7320的主要热传导路径。由于铜触点与ADC输入相连,本应用中无法连接背面的焊盘,因为这样做会影响 ADC输入的偏置。  精密电压测量指南  下列指南可确保AD7793精确地测量热电偶测量结电压。  去耦:AD7793必须在尽可能靠近AVDD 和 DVDD 的地方安装去耦电容,以确保电压测量的精度。应将0.1 μF陶瓷电容与 10 μF钽电容并联,将AVDD去耦到GND。此外,应将0.1 μF 陶瓷电容与10 μF钽电容并联,将DVDD去耦到GND。 更多有关接地、布局和去耦技巧的讨论,请参考Tutorial MT-031 和 Tutorial MT-101  滤波:AD7793的差分输入用于消除热电偶线路上的大部分共模噪声。例如,将组成差分低通滤波器的R1、R2和C3放置在AD7793的前端,可消除热电偶引脚上可能存在的叠加噪声。C1和C2电容提供额外的共模滤波。由于输入ADC 的AIN(+)和AIN(?)均为模拟差分输入,因此,模拟调制器中的多数电压均为共模电压。AD7793的出色共模抑制(100 dB最小值)进一步消除了这些输入信号中的共模噪声。  本方案解决的其它难题  下文总结了本解决方案是如何解决前文提到的其它热电偶相关难题。  热电偶电压放大:热电偶输出电压随温度的变化幅度只有每度几μV。本例中所用的常见K型热电偶变化幅度为41μV/°C。这种微弱的信号在ADC转换前需要较高的增益级。 AD7793内部可编程增益放大器(PGA)能够提供的最大增益为128。本解决方案中的增益为16,允许AD7793通过内部基准电压源运行内部满量程校准功能。  热电偶的非线性校正:AD7793在宽温度范围(–40°C至 +105°C)内具有出色的线性度,不需要用户校正或校准。为了确定实际热电偶温度,必须使用美国国家标准技术研究院(NIST)所提供的公式将参考温度测量值转换成等效热电电压。此电压与AD7793测量的热电偶电压相加,然后再次使用NIST公式将两者之和再转换回热电偶温度。另一种方法涉及查找表的使用。然而,若要获得同样的精度,查找表的大小可能有较大不同,这就需要主机控制器为其分配额外的存储资源。所有处理均通过EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。  欲查看完整原理图和EVAL-CN0172-SDPZ的布局,请参见 CN-0172设计支持包:www.analog.com/CN0172-DesignSupport.  常见变化  对于精度要求较低的应用,可用 AD7792 16位Σ-Δ 型ADC 替代 AD7793 24位Σ-Δ 型ADC对于基准温度测量,可用 ±0.5°C精度的 ADT7310 数字温度传感器替代±0.25°C精度的 ADT7320. AD7792和ADT7310均集成SPI接口。

    时间:2019-01-03 关键词: 电源技术解析 温度测量 热电偶 3通道

  • 数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真

    这是一款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真资料,特别适合单片机初学者学习参考,这款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序使用模块化编程,方便移置,单片机使用AT89C51单片机,数码使用四位共阴数码管,这样简化了硬件电路,降低了硬件的制作难度。这款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序是在Keil4环境下编译通过,并在Proteus7.8仿真软件下仿真通过。温度测量范围是:-55-125度。由于源程序直接贴出来会丢后些重要内容,所以特别将这款数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真资料打包后放在百度网盘上,需要的爱好者可以自己去下载。更多单片机源程序与仿真请到电子乐屋。数码管显示51单片机DS18B20温度测量源程序及仿真http://pan.baidu.com/s/1c1OuRCG 密码:s4n2

    时间:2018-12-03 关键词: 51单片机 温度测量 ds18b20 数码管显示

  • 温度测量仪表的分类、特点与应用

    温度测量仪表的分类、特点与应用如下:1、PN结温度传感器利用了在一定电流条件下PN结正向压降随温度变化而变化的特性。PN结温度传感器的特点是体积小、响应快、线性好。分立元件型PN结温度传感器的互换性和稳定性不够理想。将感温晶体管与放大、补偿等外围电路集成封装成的集成温度传感器实现了测温传感器小型化,克服了分立型PN结温度传感器互换性、稳定性不理想的缺点,使用方便,已经广泛用于温度测量、控制、补偿等方面。由于受PN结耐热能力的限制,只能测量-50~150℃范围内的温度。PN结温度传感器使用时要注意以下问题:(1)控制工作电流,减小PN结自热温升对测量的影响。(2)恒电流下工作,保证传感器的线性。2、红外温度传感器 红外温度传感器是利用测量物体辐射出来的辐射能进行测量的。物体温度越高其辐射能越高,红外温度测温方式属于非接触测温,具有灵敏度高、反应速度快、测温范围广(-50~3500℃)等优点,适合测量小物体、运动、高温等情况下的温度。3、石英晶体温度传感器 石英晶体的固有振荡频率会随着温度的变化而变化,石英的这种性质可以用来进行温度测量。石英温度传感器具有体积小、灵敏度高、分辨率高、测量准确度高、稳定性好、响应速度快等特点,同时,由于输出信号是频率,很容易实现数字显示,主要用于高准确度、高分辨率的温度测量和作为量值传递标准温度计。石英温度传感器使用时要注意防止机械振动和冲击。石英温度传感器的测量范围一般在-50~200℃范围内。4、光导纤维温度传感器 光导纤维温度传感器是以光导纤维作为温度敏感元件或是用光导纤维传输信号的温度传感器。前一类利用某种参数随温度变化而变化的特性进行测温,称为功能型;后一类光导纤维只是用来传递信息,称为传导型。根据光导纤维所起的作用光导纤维传感器可以分成光导纤维型(功能型)、传光型(非功能型)和拾光型;按使用方法可以分为接触式和非接触式;根据调制原理光导纤维温度传感器可分为相干型和非相干型;相干型中有偏振干涉型、相位干涉型及分布式温度传感器;非相干型中有辐射温度计、半导体吸收式温度计及荧光温度计。由于光导纤维具有抗电磁干扰、耐腐蚀等特点,光纤温度计具有良好的电磁绝缘性,传输的信息量大、损耗小、强度高、可弯曲、灵敏度高、测温上限(3000℃)高、体积小、重量轻、结构简单、便于安装使用、安全防爆。目前光纤温度计在工业中的应用还不是特别广泛,主要用于以下几种常规温度计无法测量的情况:(1)高电压大电流、强电磁干扰、强辐射、易燃易爆等恶劣环境的温度测量;(2)高温测量;(3)无法视察或狭小空间的温度测量。随着光纤技术的不断发展,光纤温度计将大有用武之地。除以上讨论的几种新型温度测量仪表,还有表面波SAW温度传感器(把温度转换成频率)、利用核四重极共振现象的NQR温度计(共振吸收频率随着温度的上升而下降)等新型温度传感器。

    时间:2018-11-01 关键词: 仪表 温度测量

  • DS18B20制作的温度测量模块

    DS18B20制作的温度测量模块,这款能显示正负值的单片机DS18B20测温模块是由电子乐屋源创制作,单片机驱动数码管的端口设置成推挽工作方式,这样使用整个显示电路比较简单,数码管段驱动端省去了限流电阻,数码管亮度显示通过程序控制通断时间实现。只使用了6只元件:一只DS18B20数字温度传感器、一个USB插口、一片STC12C4052单片机、一个4位一体共阳数码管,一个10uf贴片复位电容、一个10k的贴片复位电阻。由于电路比较简单,这里直接给出PCB图,设计温度测量范围是:-9.9~99.9℃,下面是制作过程,文后附有源程序,源程序适合于STC1T单片机。下图是制作好的实物工作照片。为了方便单片机爱好都仿制,附上源程序:注意(贴出来的程序可能头文件会发生变化,注意自己修改一下//使用单片机内部RC振荡器#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsfr P1M0 = 0x91;sfr P1M1 = 0x92;sfr P3M0 = 0xB1;sfr P3M1 = 0xB2;#define ENABLE_ISP 0x84 //系统工作时钟

    时间:2018-10-23 关键词: 温度测量 ds18b20

  • 为什么使用红外测温仪

    红外测温仪已被证实是检测和诊断电子设备故障的有效工具。可节省大量开支,用红外测温仪,你可连续诊断电子连接问题和通过查找在 DC 电池上的输出滤波器连接处的热点,以检测不间断电源( UPS )的功能状态,你可检验电池组件和功率配电盘接线端子,开关齿轮或保险丝连接,防止能源消耗;由于松的连接器和组合会产生热,红外测温仪有助于识别回路中断器的绝缘故障 . 或监视电子压缩机;日常扫描变压器的热点可探测开裂的绕组和接线端子。使用红外测温仪的好处 :  便捷 红外测温仪可快速提供温度测量,在用热偶读取一个渗漏连接点的时间内,用红外测温仪几乎可以读取所有连接点的温度。另外由于红外测温仪坚实 . 轻巧,且不用时易于放在皮套中。在工厂巡视和日常检验工作时都可携带。  精确 红外测温仪通常精度都是 1 度以内。这种性能在做预防性维护时特别重要,如监视恶劣生产条件和将导致设备损坏或停机的特别事件时。用红外测温仪,你甚至可快速探测操作温度的微小变化,在其萌芽之时就可将问题解决,减少因设备故障造成的开支和维修的范围。  安全 红外测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度,可以在仪器允许的范围内读取目标温度。非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区域进行,精确测量就象在手边测量一样容易。

    时间:2018-10-22 关键词: 温度测量 红外测温仪

  • 基于DS18B20和AT89C52的温度测量和显示系统

    基于DS18B20和AT89C52的温度测量和显示系统

    0 引言传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器,而热敏电阻的可靠性差,测量温度准确率低,且必须转换为数字信号后才能由单片机进行处理,在高精度要求的温度检测应用中,热敏电阻已经被精度高、准确性好的集成温度采集设备所代替。DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型数字温度传感器。它在温度精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面有很大改进,因而被广泛应用于温度采集与处理、数字温度计及各种温控系统中。本文采用DS18B20设计的温度测量与显示系统,可以实时测量并显示的温度范围为-55~125℃。系统可设置温度上限和温度下限,当测量温度高于上限或者低于下限温度时,系统将发出报警。1 温度传感器DS18B20DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器,该传感器的可测温度范围为-55~125℃,可编程分辨率为9~12位,对应的可分辨温度为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.062 5℃。DS18B20的测量输出为数字信号,并可单线串行发送给CPU,并支持多点组网。DS18B20有3脚和8脚两种结构,而8脚的结构又有不同的封装形式,图1所示是DS18B20的引脚图。本文采用三极管形状的3脚DS18B20。事实上,无论是3脚结构还是8脚的结构,DS18B20在实际电路中都只有3个引脚参与连接,即电源(VDD)、地(GND)和信号输入输出(DQ)。电路中的单片机采用AT89C52,DS18B20采用外部电源供电方式,其DQ端子与单片机的P3.7相连。采用两个4连排共阳极数码管显示实时温度,分别用于显示整数部分和小数部分。数码管的段选线与单片机的P1口相连,位选线与P2口相连。图中显示的正是最高温度125℃,由于在proteus软件中DS18B20无法设置小数,所以小数部分只能显示零了。DS18B20的最高分辨率为0.0625℃,所以理论上应该能显示4位小数。3 软件设计本系统的软件设计主要包括三部分,一是温度测量部分,二是温度显示部分,还有一个是报警部分。DS18B20通过严格的单线通信协议来保证数据完整。该协议中定义了复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1等几种信号形式。其中,只有存在脉冲是由总线受控(即DS18B20)发出,其他的全部由总线主控(即单片机)发出。3.1 初始化DS18B20的初始化包括来自单片机的复位脉冲和接下来由DS18B20发出的存在脉冲。其初始化时序图如图3所示。当DS18B20响应单片机的复位而发出存在脉冲时,单片机便知道DS18B20在线上并已准备好。单片机发送复位脉冲,即拉低总线至少480 μs,然后单片机释放总线并进入接收模式。当DS18B20检测到复位脉冲后,等待15~60 μs,然后发送存在脉冲,即拉低总线60~240μs。由于DS18B20的DQ引脚接了一个上拉电阻,所以,总线的空闲状态为高电平,存在脉冲结束后,总线自动恢复到高电平状态。单片机所要做的就是发出复位脉冲并检测DS18B20的存在脉冲,其参考程序如下:3.2 写时序单片机可在写时隙向DS18B20写入数据,在读时隙从DS18B20读出数据,每个时隙总线上只传送一位数据。写时隙有“写1”时隙和“写0”时隙两种。单片机通过写1时隙向DS18B20写入一个逻辑1,并通过写0时隙向DS18B20写入一个逻辑0。所有的写时隙必须至少持续60 μs,并在每个独立的写时隙之间至少有1 μs的恢复时间。两种写时隙都是由单片机拉低总线开始的,如图3所示。要产生写1时隙,单片机在拉低总线后必须在15 μs之内释放总线。总线被释放后,上拉电阻将把总线拉高。要产生写0时隙,单片机在拉低总线后必须继续保持总线低电平使时隙至少60μs。DS18B20在时隙开始后15~60 μs之间的时间段内对总线进行采样,如果总线是高电平,则向DS18B20写入一个1,如果总线是低电平,则向DS18B20写入一个0。下面是向DS18B20写入一个字节数据的程序代码:3.3 读时序所有的读时隙必须至少持续60μs,并在每个独立的读时隙之间至少有1μs的恢复时间。读时隙开始后,先由单片机拉低总线至少1μs,然后单片机释放总线。读时隙开始后,DS18B20将开始向总线发送1或0。发送0时,DS18B20释放总线直到时隙结束,此后上拉电阻将把总线拉回到高电平的空闲状态。DS18B20的数据在读时隙开始之后15μs之内有效,因此,单片机在时隙开始后,必须释放总线,然后在15 μs之内对总线进行采样。下面是从DS18B20读出一个字节数据的程序:3.4 主要命令DS18B20有5个ROM操作命令,6个存储器操作命令,表1所列是DS18B20的操作命令。本系统主要使用了表1中的3个命令,即跳过ROM、温度变换和读暂存器命令。3.5 显示程序DS18B20提供的温度数据有两个字节,其中低8位的末4位是小数部分,因此,程序中对温度数据的整数部分和小数部分要分别进行处理。如t=t>>4;即得到温度值的整数部分,t=t&0x0f;则得到温度值的小数部分,然后分别在数码管上进行显示。3.6 报警部分在程序中设置温度上限和温度下限后,测量温度将与门限值进行比较。如果测量温度高于温度上限或者低于温度下限,系统就发出报警。4 结语本文基于数字温度传感器DS18B20设计并仿真了一个温度测量与显示系统,同时,系统设置了温度上限和温度下限,当测量温度超出温度门限值时,系统便会报警。事实上,具有显示与报警功能的温度测量系统的应用非常广泛,而且DS18B20可以支持多点组网,因此可以同时测量多点温度。

    时间:2018-10-09 关键词: 温度传感器 嵌入式开发 温度测量 at89c52 ds18b20

  • 红外热像仪是如何工作的?

    1、红外热像仪成像系统  用途:目标追踪、监控,多用于国防军事领域。  功能要求:图像越清晰越好,发现目标的距离越远越好。  2、红外热像仪成像检测系统  用途:以工业检测为目的,对设备进行预知性检测或研究,包括观察热分布图像、测量温度、建立设备资料库、分析采集的数据以判断设备潜在故障的程度等。  功能要求:图像尽量清晰;温度测量不止要准确,还要稳定,不受环境影响;现场操作简单方便;后处理分析软件功能强等因素均应考虑。  3、红外热像仪成像监控系统  用途:用于安装于电气或机械设备内部的多点近距离监测视频/温度,提高了对于关键区域设备的安全监控。  应用场景:锅炉、引擎、开关齿轮、电缆通道、发电机、电动机、密闭开关柜、电缆井等。  功能:系统利用SCADA或以太网在TC4视角范围(50°或75°可选)内连续监测多达6个需辨别的物体的实时温度。高清CCTV摄像机在一个初始校正配置简单并且辨别需要监测温度目标。一旦安装CCTV相机,就可以实施的进行监测并在装置温度异常是显示图像报警,TC4可使设备在温度范围内运行起重要作用和用于苛刻的电磁环境内。

    时间:2018-09-27 关键词: 红外热像仪 温度测量 成像检测系统

  • 温度测量相关问题解答

    红外测温仪的测温原理及组成?  任何温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体红外辐射能量的大小与它的表面温度有着十分密切的关系。因此,通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定被测目标的表面温度,这就是红外辐射测温所依据的客观基础。  红外测温仪由光学系统,光电探测器,信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,红外能量聚焦在光电探测器上,通过探测器将光信号转变为相应的电信号,该信号经过放大器和信号处理电路,将其换算为被测目标的温度值,最后由输出部分显示输出。  红外测温比热电偶测温有哪些优势?  温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。热电偶属于接触式测温,它是工业上最常用的温度检测元件之一,比较简单、可靠,测量精度较高;但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换才能达到热平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于较高温度的测量。红外测温仪属于非接触式测温,它是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度比较快;和接触式测温方法相比,红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。  影响红外测温仪测温精度的几个因素?  红外测温系统中,决定精确测温的因素主要有发射率、距离系数比(L/D)和测温范围等。  物体发射率对辐射测温有很大的影响:自然界中存在的实际物体,几乎都不是黑体。发射率表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律,只要知道了材料的发射率,就知道了物体的红外辐射特性。  距离系数比(L/D)表示测温仪和被测目标之间的距离L与测量光斑直径D之比,测温时,我们要求被测目标的大小应充满测温仪视场,所以在安装测温仪时,应根据目标的大小来确定测温仪和目标的距离。  测温范围是测温仪最重要的一个性能指标,用户应根据被测目标的温度范围来选择合适的测温仪,这样能保证精确测温。  选择红外测温仪时要考虑哪些因素?  应考虑以下因素  a)类型  根据现场要求,可选手持式(便携式)或固定式(在线式)。  手持式测温仪特点:体积小,重量轻,电池供电,适合随身携带,可随时进行温度的检测和记录,有光学瞄准或激光瞄准装置,操作非常简单,只需轻轻一扣扳机,就能进行温度测量。  固定式测温仪特点:固定安装在工业现场,可以24小时连续监测,与计算机相连,闭环控制。加装保护套和风冷、水冷装置,可以在恶劣环境及315℃的高温条件下工作。  b)测温范围  测温仪量程要满足使用要求。  c)距离系数  距离系数D:S是测温仪和被测物之间的距离与被测物直径的比值。此系数越大,表明测温仪的光学分辨率越高。即测同一物体,距离系数越大的测温仪,可以在更远的距离测量。  一般来说,距离系数大的测温仪,灵敏度高,价格也高一些。  d)最小目标  当被测物较小时,就要考虑测温仪的最小测量目标能否满足使用要求。  分布式光纤温度传感器系统主要应用在什么领域?  目前分布式光纤温度传感器系统主要应用在  a)水库大坝,主要是温度监控、混凝土大坝监控、渗漏检测及定位、水渗漏路径的定位、下沉过程的测量、变形测量、岩层研究。  b)电力,主要是电线电缆的温度测量、火灾的早期探测、对电线及电缆的测量。  c)地热发电厂,凿洞内部的温度检测、热反应测试、凿洞周围区域的环境监控、热液体设施的温度测量、高温、干燥地层设施的温度测量。  d)隧道,收缩压力的测量、长期的测量、裂缝及损坏的监控、火灾检测。  e)桥梁,安装过程的测量、变形测量、裂缝及损坏的监控、负荷试验的测量。  f)热水管道原油管道等,温度监控、管道及渗漏的检测、渗漏处的定位、建筑物质量的控制。  分布式光纤温度传感器系统的技术原理是什么?  该技术主要依据光纤的光时域反射(OTDR)和光纤的背向喇曼散射温度效应。激光脉冲射入光纤内部,光子与光纤材料分子在内部相互作用,一部分光被反射回来,反射光携带着被散射光子运动的热信息。因此,被反射回来光的光谱携带了光纤的温度信息,可以测量沿光纤每一点的温度。  光谱的分析包括激光在光纤中的传播速率,通常(像雷达原理)和光的速度一样,用很短的时间间隔(比如1米)去扫描整个光纤的长度,根据这样沿光纤的温度分布就可以决定了。需要提出的是所测得的每一点温度是一段光纤上的平均温度。由于光的速度很快,因此一条数千米长的光纤可以在不到一秒的时间内扫描完毕。  分布光纤温度传感技术设备包括两部分:传感光缆和主机。光缆里面通常有若干根光纤组成,光纤是温度敏感材料,因此沿着光纤(光缆)可以连续测量任意一点的温度。这就是一种研究温度变化的设备。

    时间:2018-09-24 关键词: 温度测量 问题解答

  • 温度测量仪表的选用

    温度测量仪表的合理选择和正确安装使用是十分重要的。1、温度测量仪表的选择温度测量仪表必须根据生产工艺要求和现场工作条件选择。首先确定温度测量仪表的类型:选用接触式温度计还是非接触式温度计。非接触式温度计价格贵且精度低,只要工作条件允许应尽可能选用接触式温度计。其次,根据测温范围和精度要求合理地选用感温元件。通常在高温段选择热电偶,在低温段选择热电阻。最后根据被测介质的性质合理地选择保护套管的材质、壁厚等以避免测温元件的损坏。2、正确安装仪表安装位置一定要使测温点具有代表性,安装方向和深度要保证检测元件与被测介质有充分的接触;热电偶和热电阻接线盒的出线孔应向下,防止积水及灰尘落入造成不良影响;安装时应格外小心,避免机械损伤或变形;对于具有严重腐蚀、高温和强烈振动的工作环境,还应考虑增加相应的保护措施;信号连接导线应尽量避开交流动力电线等。3.合理使用选用热电偶时,要注意补偿导线与热电偶的连接极性不要接错,同时一定要考虑冷端温度补偿措施。选用热电阻时,应考虑三线制接法,检测元件与信号传输导线的连接要紧密,避免虚接

    时间:2018-09-04 关键词: 温度测量 工艺要求 工作条件

  • 两种简单、精确、灵活的热电偶温度测量方法

    简介 热电偶是一种广泛用于温度测量的简单元件。本文简单概述了热电偶,介绍了利用热电偶进行设计的过程中常见的挑战,并提出 两种信号调理解决方案。第一种方案将参考接合点补偿和信号调理集成在一个模拟IC内,使用更简便;第二种方案将参考接合点补偿和信号调理独立开来,使数字 输出温度感应更灵活、更精确。 热电偶原理 如图1所示,热电偶由在一头相连的两根不同金属线组成,相连端称为测量(“热”)接合点。金属线不相连的另一头接到信号调理电路走线,它一般由铜制成。在热电偶金属和铜走线之间的这一个接合点叫做参考(“冷”)接合点。 图1.热电偶 *我们使用术语“测量接合点“和“参考接合点”而不是更传统的“热接合点”和“冷接合点”。传统命名体系可能会令人产生困惑,因为在许多应用中,测量接合点可能比参考接合点温度更低。 在参考接合点处产生的电压取决于测量接合点和参考接合点两处的温度。由于热电偶是一种差分器件而不是绝对式温度测量器件,必须知道参考接合点温度以获得精确的绝对温度读数。这一过程被称为参考接合点温度补偿(冷接合点补偿)。 热电偶已成为在合理精度内高性价比测量宽温度范围的工业标准方法。它们应用于高达 约+2500°C的各种场合,如锅炉、热水器、烤箱和风机引擎等。K型是最受欢迎的热电偶,包括Chromel®和Alumel®(特点是分别含铬、铝、 镁和硅的镍合金),测量范围是–200°C至+1250°C。 为什么使用热电偶? 优点 温度范围广:从低温到喷气引擎废气,热电偶适用于大多数实际的温度范围。热电偶测量温度范围在–200°C至+2500°C之间, 具体取决于所使用的金属线。 坚固耐用:热电偶属于耐用器件,抗冲击振动性好,适合于危险恶劣的环境。 响应快:因为它们体积小,热容量低,热电偶对温度变化响应快,尤其在感应接合点裸露时。它们可在数百毫秒内对温度变化作出响应。 无自发热:由于热电偶不需要激励电源,因此不易自发热,其本身是安全的。 缺点 信号调理复杂:将热电偶电压转换成可用的温度读数必需进行大量的信号调理。一直以来,信号调理耗费大量设计时间,处理不当就会引入误差,导致精度降低。 精度低:除了由于金属特性导致的热电偶内部固有不精确性外,热电偶测量精度只能达到参考接合点温度的测量精度,一般在1°C至2°C内。 易受腐蚀:因为热电偶由两种不同的金属所组成,在一些工况下,随时间而腐蚀可能会降低精度。因此,它们可能需要保护;且保养维护必不可少。 抗噪性差:当测量毫伏级信号变化时,杂散电场和磁场产生的噪声可能会引起问题。绞合的热电偶线对可能 大幅降低磁场耦合。使用屏蔽电缆或在金属导管内走线和防护可降低电场耦合。测量器件应当提供硬件或软件方式的信号过滤,有力抑制工频频率(50 Hz/60 Hz)及其谐波。 热电偶测量的难点 将热电偶产生的电压变换成精确的温度读数并不是件轻松的事情,原因很多:电压信号太弱,温度电压关系呈非线性,需要参考接合点补偿,且热电偶可能引起接地问题。让我们逐一分析这些问题。 电压信号太弱:最常见的热电偶类型有J、K和T型。在室温下,其电压变化幅度分别为52 µV/°C、41 µV/°C和41 µV/°C。其它较少见的类型温度电压变化幅度甚至更小。这种微弱的信号在模数转换前需要较高的增益级。表1比较了各种热电偶类型的灵敏度。 表1. 25°C时各种热电偶类型的电压变化和温度升高关系 (塞贝克系数) 热电偶类型 塞贝克系数 (µV/°C) E 61 J 52 K 41 N 27 R 9 S 6 T 41 因为电压信号微弱,信号调理电路一般需要约100左右的增益,这是相当简单的信号调理。更棘手的事情是如何识别实际信号和热电偶引线上的拾取噪声。热电偶引线较长,经常穿过电气噪声密集环境。引线上的噪声可轻松淹没微小的热电偶信号。 一般结合两种方案来从噪声中提取信号。第一种方案使用差分输入放大器(如仪表放大器)来放大信 号。因为大多数噪声同时出现在两根线上(共模),差分测量可将其消除。第二种方案是低通滤波,消除带外噪声。低通滤波器应同时消除可能引起放大器整流的射 频干扰(1 MHz以上)和50 Hz/60 Hz(电源)的工频干扰。在放大器前面放置一个射频干扰滤波器(或使用带滤波输入的放大器)十分重要。50Hz/60Hz滤波器的位置无关紧要—它可以与 RFI滤波器组合放在放大器和ADC之间,作为∑-Δ ADC滤波器的一部分,或可作为均值滤波器在软件内编程。 参考接合点补偿:要获得精确的绝对温度读数,必须知道热电偶参考接合点的温度。 当第一次使用热电偶时,这一步骤通过将参考接合点放在冰池内来完成。图2描述一头处于未知温度,另一头处于冰池(0°C)内的热电偶电路。这种方法用来详 尽描述各种热电偶类型的特点,因此几乎所有的热电偶表都使用0°C作为参考温度。 图2. 基本的铁-康铜热电偶电路 但对于大多数测量系统而言,将热电偶的参考接合点保持在冰池内不切实际。大多数系统改用一种称 为参考接合点补偿(又称为冷接合点补偿)的技术。参考接合点温度使用另一种温度敏感器件来测量—一般为IC、热敏电阻、二极管或RTD(电阻温度测量 器)。然后对热电偶电压读数进行补偿以反映参考接合点温度。必须尽可能精确地读取参考接合点—将精确温度传感器保持在与参考接合点相同的温度。任何读取参 考接合点温度的误差都会直接反映在最终热电偶读数中。 可使用各种传感器来测量参考接合点温度: 热敏电阻:响应快、封装小;但要求线性,精度有限,尤其在宽温度范围内。要求激励电流,会产生自发热,引起漂移。结合信号调理功能后的整体系统精度差。 电阻温度测量器(RTD):RTD更精确、稳定且呈合理线性,但封装尺寸和成本限制其应用于过程控制应用。 远程热二极管:二极管用来感应热耦连接器附近的温度。调节芯片将和温度成正比的二极管电压转换成模拟或数字输出。其精度限于约±1°C。 集成温度传感器:集成温度传感器是一种局部感应温度的独立IC,应小心地靠近参考接合点安装,并可组合参考接合点补偿和信号调理。可获得远低于1°C的精度。 电压信号非线性:热电偶响应曲线的斜率随温度而变化。例如,在0°C时,T型热电偶输出按39 µV/°C变化,但在100°C时斜率增加至47 µV/°C。 有三种常见的方法来对热电偶的非线性进行补偿。 选择曲线相对较平缓的一部分并在此区域内将斜率近似为线性,这是一种特别适合于有限温度范围内测量的方案,这种方案不需要复杂的计算。K和J型热电偶比较受欢迎的诸多原因之一是它们同时在较大的温度范围内灵敏度的递增斜率(塞贝克系数)保持相当恒定(参见图1)。 图3.热电偶灵敏度随温度而变化注意,从0°C至1000°C,K型塞贝克系数大致恒定在约 41 µV/°C 另一个方案是将查找表存储在内存中,查找表中每一组热电偶电压与其对应的温度相匹配。然后,使用表中两个最近点间的线性插值来获得其它温度值。 第三种方案使用高阶等式来对热电偶的特性进行建模。这种方法虽然最精确,但计算量也最大。每种热电偶有两组等式。一组将温度转换为热电偶电压(适用于参考接合点补偿)。另一组将热电偶电压转换成温度。热电偶表和更高阶热电偶等式可从获得。这些表格和等式全部基于0°C参考接合点温度。在参考集合点处于任何其它温度时,必须使用参考接合点补偿。 接地要求:热电偶制造商在测量接合点上设计了绝缘和接地两种尖端(图4) 图4.热电偶测量接合点类型 设计热电偶信号调理时应在测量接地热电偶时避免接地回路,还要在测量绝缘热电偶时具有一条放大器输入偏压电流路径。此外,如果热电偶尖端接地,放大器输入范围的设计应能够应对热电偶尖端和测量系统地之间的任何接地差异(图5)。 图5.使用不同尖端类型时的接地方式 对于非隔离系统,双电源信号调理系统一般有助于接地尖端和裸露尖端类型获得更稳定的表现。因为 其宽共模输入范围,双电源放大器可以处理PCB(印刷电路板)地和热电偶尖端地之间的较大压差。如果放大器的共模范围具有在单电源配置下测量地电压以下的 某些能力,那么单电源系统可以在所有三种尖端情况下获得满意的性能。要处理某些单电源系统中的共模限制,将热电偶偏压至中间量程电压非常有用。这完全适合 于绝缘热电偶简单或整体测量系统隔离的情况。但是,不建议设计非隔离系统来测量接地或裸露热电偶。 实用热电偶解决方案:热电偶信号调理比其它温度测量系统的信号调理更复杂。信号调理设计和调试所需的时间可能会延长产品的上市时间。信号调理部分产生的误差可能会降低精度,尤其在参考接合点补偿段。下列两种解决方案可以解决这些问题。 第一种方案详细介绍了一种简单的模拟集成硬件解决方案,它使用一个IC将直接热电偶测量和参考接合点补偿结合在一起。第二种方案详细介绍了一种基于软件的参考接合点补偿方案,热电偶测量精度更高,可更灵活地使用多种类型热电偶。 测量方案1:为简单而优化 图6所示为K型热电偶测量示意图。它使用了AD8495热电偶放大器,该放大器专门设计用于测量K型热电偶。这种模拟解决方案为缩短设计时间而优化:它的信号链比较简洁,不需要任何软件编码。 图6.测量解决方案1:为简单而优化 这种简单的信号链是如何解决K型热电偶的信号调理要求的呢? 增益和输出比例系数:微弱的热电偶信号被AD8495放大122的增益,形成5-mV/°C的输出信号灵敏度(200°C/V)。 降噪:高频共模和差分噪声由外部RFI滤波器消除。低频率共模噪声由AD8495的仪表放大器来抑制。再由外部后置滤波器解决任何残余噪声。 参考接合点补偿:由于包括一个温度传感器来补偿环境温度变化,AD8495必须放在参考接合点附近以保持相同的温度,从而获得精确的参考接合点补偿。 非线性校正:通过校准,AD8495在K型热电偶曲线的线性部分获得5 mV/°C输出,在–25°C至+400°C温度范围内的线性误差小于2°C。如果需要此范围以外的温度,ADI应用笔记AN-1087介绍了如何在微处理器中使用查找表或公式来扩大温度范围。 绝缘、接地和裸露热电偶的处理:图5所示为一个接地1M?电阻,它适用于所有热电偶尖端类型。AD8495专门设计以在如图所示搭配单电源时测量地电压以下数百毫伏。如果希望更大地压差,AD8495还可采用双电源工作。 AD8495的更多详情:图7所示为AD8495热电偶放大器的框图。放大器 A1、A2和A3(及所示电阻)一道形成一个仪表放大器,它使用恰好产生5 mV/°C输出电压的一个增益来对K型热电偶输出进行放大。在标记“Ref junction compensation”(参考接合点补偿)的框内是一个环境温度传感器。在测量接合点温度保持稳定的条件下,如果参考接合点温度由于任何原因而上升, 来自热电偶的差分电压就会降低。如果微型封装的(3.2 mm × 3.2 mm × 1.2 mm)AD8495接近参考接合点的热区域,参考接合点补偿电路将额外电压施加到放大器内,这样输出电压保持恒定,从而对参考温度变化进行补偿。 图7. AD8495功能框图 表2概述了使用AD8495的集成硬件解决方案的性能: 表2.解决方案1(图6)性能概述 热电偶类型 测量接合点范围 参考接合点温度范围 25°C时精度 功耗 K –25°C至 +400°C 0°C至50°C ±3°C(A级特性) ±1°C(C级特性) 1.25 mW 测量解决方案2:为精度和灵活性而优化 图8显示高精度测量J、K或T型热电偶的示意图。此电路包括一个小信号热电偶电压测量用的高精度ADC,和一个参考接合点温度测量用的高精度温度传感器。两个器件都由一个外部微处理器使用SPI接口进行控制。 图8.测量解决方案2:为精度和灵活性而优化 这种配置如何满足前述信号调理要求的呢? 消除噪声并放大电压:AD7793如 图9所示,使用AD7793—一种高精度、低功耗模拟前端来测量热电偶电压。热电偶输出经过外部滤波后连接到一组差分输入AIN1(+)和 AIN1(–)。信号然后依次经过一个多路复用器、一个缓冲器和一个仪表放大器(放大热电偶小信号)发送到一个ADC,它将该信号转换为数字信号。 图9. AD7793功能框图 参考接合点温度补偿:ADT7320(详见图10)在充分靠近参考接合点放置时在–10°C至+85°C温度范围内参考接合点温度测量精度可达到±0.2°C。片上温度传感器产生与绝对温度 成正比的电压,该电压与内部基准电压相比较并输入至精密数字调制器。该调制器输出的数字化结果不断刷新一个16位温度值寄存器。然后通过SPI接口从微处 理器回读温度值寄存器,并结合ADC的温度读数一起实现补偿。 图10. ADT7320功能框图 校正非线性度:ADT7320在整个额定温度范围(–40°C至+125°C)内呈现出色的线性度,不需要用户校正或校准。因而其数字输出可视为参考接合点状态的精确表示。 为了确定实际热电偶温度,必须使用美国国家标准技术研究院(NIST)所提供的公式将此参考温度测量值转换成等效热电电压。此电压与AD7793测量的热电偶电压相加,然后再次使用NIST公式将和转换回成热电偶温度。 处理绝缘和接地热电偶:图8所示为具有裸露尖端的热电偶。此提供最佳响应时间,但相同的配置还可以搭配绝缘尖端热电偶一起使用。 表3概述了使用NIST数据,基于软件的参考接合点测量解决方案的性能: 表3.解决方案2(图8)性能概述 热电偶类型 测量接合点温度范围 参考接合点温度范围 精度 功耗 J, K, T 整个范围 –10°C至+85°C –20°C 至 +105°C ±0.2°C ±0.25°C 3 mW 3 mW 结论 热电偶在相当宽的温度范围内提供稳定可靠的温度测量,但因为需要在设计时间和精度之间进行折衷,它们往往不是温度测量的首选。本文提出解决这些问题的高性价比方式。 第一种解决方案注重借助基于硬件的模拟参考接合点补偿技术来降低测量的复杂度。它可以实现简单的信号链,不需要任何软件编程,依赖于AD8495热电偶放大器所提供的集成特性,该放大器产生5mV/°C输出信号,可馈入到各种微处理器的模拟输入。 第二种解决方案提供最高测量精度,还可使用各种热电偶类型。作为一种基于软件的参考接合点补偿 技术,它依赖于高精度ADT7320数字温度传感器来提供精度远超迄今所实现精度的参考接合点补偿测量。ADT7320在–40°C至+125°C温度范 围完全校准并指定。完全透明,不同于传统的热敏电阻或RTD传感器测量,它既不需要在电路板装配后进行高成本的校准步骤,也不会因校准系数或线性化程序而 消耗处理器或内存资源。其功耗只有数毫瓦,避免了降低传统电阻式传感器解决方案精度的自发热问题。 附录 使用NIST公式将ADT7320温度转换成电压 热电偶参考接合点补偿基于以下关系: (1) 其中: ΔV = 热电偶输出电压 V @ J1 = 在热电偶接合点处产生的电压 V @ J1 = 在参考接合点处产生的电压 要使这种补偿关系生效,参考接合点的两个端子必须维持在相同的温度。温度均衡是使用一个等温端子块使两个端子的温度相同,同时保持电气隔离。 在测量参考接合点温度后,必须将其转换成等效的热电电压,它在接合点处于测量温度下时产生。一种方法是使用幂级数多项式。热电电压计算如下: (2) 其中: E= 热电电压(毫伏) an= 热电偶类型相关的多项式系数 T= 温度(°C) n= 多项式阶数 NIST发布每一种热电偶的多项式系数表。这些表包括系数列表、阶数(多项式的项数)、每个系数列表的有效温度范围和误差范围。某些类型热电偶要求多个系数表以涵盖整个温度操作范围。幂级数多项式表在正文中列出。

    时间:2018-08-31 关键词: 温度测量 热电偶

  • Launchpad的温度测量及串口发送

    1 #include "msp430g2553.h"23 void sendChar(unsigned char c)4 {5 while(!(IFG2&UCA0TXIFG));6 UCA0TXBUF=c;7 }89 void sendStr(unsigned char *s)10 {11 while(*s!='')12 {13 sendChar(*s);14 s++;15 }16 }1718 void main(void)1920 {2122 unsigned char i;23 unsigned char temp;24 unsigned long tempAverage;25 unsigned long tempMeasured[8];2627 WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT2829 BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Set DCO30 DCOCTL = CALDCO_1MHZ;31 BCSCTL2 &= ~(DIVS_3);323334 P1SEL = BIT1 + BIT2 ; // P1.1 = RXD, P1.2=TXD35 P1SEL2 = BIT1 + BIT2 ; // P1.1 = RXD, P1.2=TXD3637 UCA0CTL1 |= UCSSEL_2; // SMCLK38 UCA0BR0 = 104; // 1MHz 960039 UCA0BR1 = 0; // 1MHz 960040 UCA0MCTL = UCBRS0; // Modulation UCBRSx = 141 UCA0CTL1 &= ~UCSWRST; // **Initialize USCI state machine**4243 //IE2 |= UCA0RXIE; // Enable USCI_A0 RX interrupt44 45 ADC10CTL1 = INCH_10 + ADC10DIV_3; // Temp Sensor ADC10CLK/4 选择内部温度传感器通道,4分频46 ADC10CTL0 = SREF_1 + ADC10SHT_3 + REFON + ADC10ON ;47 __delay_cycles(1000); // Wait for ADC Ref to settle48 ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;49 50 _EINT();51 52 sendStr("n======== LaunchPad 温度计=======n");5354 //__bis_SR_register(LPM0_bits + GIE); // Enter LPM0, interrupts enabled555657 while(1)58 {59 if(i>7)60 {61 tempAverage=0;62 for(;i>0;i--)63 tempAverage+=tempMeasured[i-1];64 tempAverage >>= 3;65 temp=(unsigned char)( ((tempAverage - 630) * 761) / 1024 );66 sendStr("n 华氏温度:");67 sendChar(temp%100/10+48);68 sendChar(temp%10+48);69 sendStr(" | 摄氏温度:"); 70 temp=(temp-32)*5/9;71 sendChar(temp%100/10+48);72 sendChar(temp%10+48);73 sendChar('n');7475 }76 else77 {78 ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; // Sampling and conversion start 抽样及转换79 tempMeasured[i]=ADC10MEM;80 i++;81 }8283 __delay_cycles(100000);848586 }87 }8889 // Echo back RXed character, confirm TX buffer is ready first90 /*91 #pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR92 __interrupt void USCI0RX_ISR(void)93 {94 while (!(IFG2&UCA0TXIFG)); // USCI_A0 TX buffer ready?95 UCA0TXBUF = UCA0RXBUF; // TX -> RXed character96 }9798 */

    时间:2018-08-22 关键词: launchpad 温度测量 串口发送

  • 温度测量与校准-----电偶技术标准

      (S型热电偶)铂铑10-铂热电偶   铂铑10-铂热电偶(S型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(SP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为10%,含铂为90%,负极(SN)为纯铂,故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。   S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。它的物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能,符合国际使用温标的S型热电偶,长期以来曾作为国际温标的内插仪器,“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器,但国际温度咨询委员会(CCT)认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。   S型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。   (R型热电偶)铂铑13-铂热电偶   铂铑13-铂热电偶(R型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(RP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13%,含铂为87%,负极(RN)为纯铂,长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。   R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。其物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当,在我国一直难于推广,除在进口设备上的测温有所应用外,国内测温很少采用。1967年至1971年间,英国NPL,美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究,其结果表明,R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好,我国目前尚未开展这方面的研究。   R型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。   (B型热电偶)铂铑30-铂铑6热电偶   铂铑30-铂铑6热电偶(B型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(BP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为30%,含铂为70%,负极(BN)为铂铑合金,含铑为量6%,故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃。   B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长,测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中,但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿,因为在0 ̄50℃范围内热电势小于3μV。   B型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。   (K型热电偶)镍铬-镍硅热电偶   镍铬-镍硅热电偶(K型热电偶)是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。正极(KP)的名义化学成分为:Ni:Cr=90:10,负极(KN)的名义化学成分为:Ni:Si=97:3,其使用温度为-200 ̄1300℃。   K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。   K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。   (N型热电偶)镍铬硅-镍硅热电偶   镍铬硅-镍硅热电偶(N型热电偶)为廉金属热电偶,是一种最新国际标准化的热电偶,是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点:K型热电偶在300 ̄500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定;在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。正极(NP)的名义化学成分为:Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4,负极(NN)的名义化学成分为:Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1,其使用温度为-200 ̄1300℃。   N型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜,不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.   N型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。   (E型热电偶)镍铬-铜镍热电偶   镍铬-铜镍热电偶(E型热电偶)又称镍铬-康铜热电偶,也是一种廉金属的热电偶,正极(EP)为:镍铬10合金,化学成分与KP相同,负极(EN)为铜镍合金,名义化学成分为:55%的铜,45%的镍以及少量的锰,钴,铁等元素。该热电偶的使用温度为-200 ̄900℃。   E型热电偶热电动势之大,灵敏度之高属所有热电偶之最,宜制成热电堆,测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏,宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好,抗氧化性能优于铜-康铜,铁-康铜热电偶,价格便宜等优点,能用于氧化性和惰性气氛中,广泛为用户采用。   E型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性气氛中,热电势均匀性较差。   (J型热电偶)铁-铜镍热电偶   铁-铜镍热电偶(J型热电偶)又称铁-康铜热电偶,也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。它的正极(JP)的名义化学成分为纯铁,负极(JN)为铜镍合金,常被含糊地称之为康铜,其名义化学成分为:55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰,钴,铁等元素,尽管它叫康铜,但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜,故不能用EN和TN来替换。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200 ̄1200℃,但通常使用的温度范围为0 ̄750℃   J型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜等优点,广为用户所采用。   J型热电偶可用于真空,氧化,还原和惰性气氛中,但正极铁在高温下氧化较快,故使用温度受到限制,也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。   (T型热电偶)铜-铜镍热电偶   铜-铜镍热电偶(T型热电偶)又称铜-康铜热电偶,也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极(TP)是纯铜,负极(TN)为铜镍合金,常之为康铜,它与镍铬-康铜的康铜EN通用,与铁-康铜的康铜JN不能通用,尽管它们都叫康铜,铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200 ̄350℃。   T型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜等优点,特别在-200 ̄0℃温区内使用,稳定性更好,年稳定性可小于±3μV,经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。   T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差,故使用温度上限受到限制。

    时间:2018-07-02 关键词: 校准 温度测量 电偶技术标准

  • 基于MSP430单片机的原油含水率测定仪的设计

    基于MSP430单片机的原油含水率测定仪的设计

    原油含水率测定仪出现于20世纪90年代末,它是有温控仪、定时器等开关仪表组成的一种集测量与控制于一体的蒸馏法测定原油含水率的产品,适用于石油、石化等行业中原油含水率的测量。本仪器采用MSP430单片机,是集温度控制、时间控制、蒸馏功率控制和制冷循环水控制等功能为一体的自动化、智能化仪器。系统设计方案1温度传感器的选择一般情况下,在温度测量中所采用的传感器有:热电偶和热电阻两大类。本系统需测控3处的温度,由于热电偶需温度补偿,而热电阻不需要,从硬件成本和软件复杂程度考虑确定采用热电阻PT100。2 MSP430单片机 MSP430系列单片机为低功耗16位的精简指令构架,在线可编程,将大量的外围模块整合到片内:片内DCO振荡器,看门狗定时器/通用目的定时器,Timer_A3(带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器),Timer_B7(带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器),I/O端口1、2(每一个有8个I/O端口,均具有中断功能)、I/O端口3、4、5、6(每一个有8个I/O端口,可以位操作),ADC12(8路12位A/D),USART0和USART1,16位硬件乘法器等。3 ICM7218A显示驱动芯片本系统需26位数码管显示。为减少空间,少用器件,选用4片ICM7218A显示驱动器。ICM7218A译码驱动芯片是8位静态LED驱动器,内含8×8位静态RAM,用于存放显示数据;有较强的位段驱动能力,能直接连接8只0.5英寸数码管。系统总体组成结构及工作原理如图1所示,整个系统由单片机主机系统、传感器信号处理电路、加热控制电路、冷却水控制电路、键盘、数码管显示和电源模块等组成。P1和P2.0、P2.1口作为系统的键盘线;P3、P4和P2.3~P2.7口作为系统的控制驱动线;P5和P2.2、P6.0~P6.3口作为系统的显示驱动线;测量信号通过P6.0~P6.3接至MCU。系统的电源模块产生+2.5V、+3.6V、+5V和+12V电压,分别为主机系统和传感器接口电路提供稳定的工作电压。图1 系统总体构成图本系统通过温度传感器PT100进行冷凝水、蒸馏冷凝器、恒温稀释箱内的温度数据采集,经过放大处理模块进行高精度的测量。用户可以通过键盘选择加热工位和设定冷凝器内汽温的上限值;设定冷凝水和加热稀释箱的温度值;设定蒸馏时间;设定输入温度和电压的标定值等参数。仪器采用冷凝循环水系统,MPS430单片机通过控制制冷机组来控制循环水的温度在室温左右(约25℃);原油一般在60℃时取样,MCU通过控制加热管使加热稀释箱的温度在60℃左右。油样在加热蒸馏前温度不高,为提高化验效率,蒸馏时先采用大功率加热,油样近100℃时切换小功率加热。加热蒸馏功率的调整通过控制加热管供电电压来实现,系统能显示加热管供电电压;显示定时时间;显示循环水温度的设定值和实际值;显示蒸馏冷凝器内温度;显示加热稀释箱内温度的设定值和实际值。系统的主要硬件电路设计1 温度测量放大电路如图2所示,电路由TL431精密稳压器、电阻桥、放大电路组成。精密电阻R3、R4、R5和PT100组成了一个电阻桥,电阻R2用于电桥补偿;TL431和电阻R1组成2.5V的精密稳压电路,给电阻桥供电;热电阻PT100采用3线连接,可以抵消连线长度误差;测量温度范围在0~100℃,采用单电源仪表放大器AD623 对电桥信号进行放大处理。图2 温度测量组成电路原理图2 加热蒸馏控制驱动电路电路如图3所示,单片机控制信号经反向器74LS07后,控制三极管,驱动继电器动作;继电器K1,总控各工位加热;K2起到加热功率切换的作用;K3~K8(或K14)控制各工位加热管;R1、R2控制固态调压器输出不同的电压波形。图3 加热电路原理图3 电磁搅拌电路设计如图4所示,固态调压器调压调速,经变压器降压,全桥整流,变成直流电,控制12V直流电机。图4 电磁搅拌电路原理图4 加热稀释电路设计有反相器74LS07、二极管、三极管、电阻、继电器组成控制电路,控制加热管和风机。5 制冷循环水电路设计有反相器74LS07、二极管、三极管、电阻、继电器组成控制电路,控制压缩机、散热器、水泵。6 电压测量电路设计该参数精度要求不高,采用全桥整流、电阻降压获取信号,进单片机A/D端。7 键盘、显示电路设计本系统有22个按键,采用5×5键盘阵列,占用10条I/O线:P1.0~P1.7和P2.0、P2.1。用单片机的P5口作为和显示驱动器ICM7218A数据传输总线,P6.2作为公共控制线连接ICM7218的MODE,P2.2、P6.0、P6.1、P6.3作为片选线连接ICM7218的/WR脚。系统软件设计系统的软件采用模块化结构设计,分为八大块,即系统初始化模块、数码管显示模块、按键识别及处理模块、水温测量及控制模块、稀释箱温度测量及控制模块、蒸汽温度测量及控制模块、定时处理模块、加热管供电电压测量模块。系统通过初始化模块设置显示缓冲区、堆栈指针、操作标志和工作寄存器、各I/O端口的方向、A/D转换器设置、系统定时器模块,以及系统中断设置等。键盘模块负责按键的识别和按键处理,当有按键动作时调用相应的按键处理子程序进行处理,可实现对循环水、稀释箱及冷凝器内温度设定,定时时间的设定,工位的选择及各部分的起停。水温测量及控制模块能对冷凝循环水温度数据进行处理,处理数据送显示缓冲区,发出控制信号控制制冷机组,使水温保持在设定范围。稀释箱温度测量及控制模块能对稀释箱内的温度数据进行处理,处理数据送显示缓冲区,发出控制信号控制加热管,使箱内温度保持在设定范围。蒸汽温度测量及控制模块能对冷凝器内温度数据进行处理,处理数据送显示缓冲区,发出控制信号控制加热管,使冷凝器内温度不超过设定值。定时处理模块对加热功率的切换、电磁搅拌部分的启动和整个蒸馏时间的定时控制,蒸馏时间到,蒸馏加热、制冷循环水、电磁搅拌等部分停止运行,启动降温部分。

    时间:2018-06-27 关键词: MSP430 温度测量 设计教程 蒸馏法

  • 利用热电偶和ADC实现高精度温度测量

    热电偶广泛用于各种温度检测。热电偶设计的最新进展,以及新标准和算法的出现,大大扩展了工作温度范围和精度。目前,温度检测可以在-270°C至+1750°C宽范围内达到±0.1°C的精度。为充分发挥新型热电偶能力,需要高分辨率热电偶温度测量系统。能够分辨极小电压的低噪声、24位、Σ-Δ模/数转换器(ADC)非常适合这项任务。数据采集系统(DAS)采用24位ADC评估(EV)板,热电偶能够在很宽的温度范围内实现温度测量。热电偶、铂电阻温度检测器(PRTD)和ADC相结合,可构成高性能温度测量系统。采用低成本、低功耗ADC的DAS系统,可理想满足便携式检测的应用需求。 热电偶入门 托马斯•塞贝克在1822年发现了热电偶原理。热电偶是一种简单的温度测量装置,由两种不同金属(金属1和金属2)组成(图1)。塞贝克发现不同的金属将产生不同的、与温度梯度有关的电势。如果这些金属焊接在一起构成温度传感器结(TJUNC,也称为温度结),另一端未连接的差分结(TCOLD,作为恒温参考端)上将呈现出电压,VOUT,该电压与焊接结的温度成正比。从而使热电偶输出随温度变化的电压/电荷,无需任何电压或电流激励。 图1. 热电偶简化电路 VOUT温差(TJUNC- TCOLD)是金属1及金属2的金属类型的函数。该函数在美国国家标准与技术研究院(NIST) ITS-90热电偶数据库[1]中严格定义,覆盖了绝大多数实用金属1和金属2组合。利用该数据库,可根据VOUT测量值计算相对温度TJUNC。然而,由于热电偶以差分方式测量TJUNC,为了确定温度结的实测温度,就必须知道冷端绝对温度(单位为°C、°F或K)。所有现代热电偶系统都利用另一绝对温度传感器(PRTD、硅传感器等)精密测量冷端温度,并进行数学补偿。 图1所示热电偶简化电路的温度公式为: Tabs = TJUNC+ TCOLD (式1) 式中: Tabs为温度结的绝对温度; TJUNC为温度结与基准冷端的相对温度; TCOLD为冷端参考端的绝对温度。 热电偶的类型各种各样,但是针对具体的工业或医疗环境可以选择最适合的异金属对儿。这些金属和/或合金组合被NIST及国际电工委员会标准化,简写为E、J、T、K、N、B、S、R等。NIST和IEC为常见的热电偶类型提供了热电偶参考表[1]。 NIST和IEC还为每种热电偶类型开发了标准数学模型。这些幂级数模型采用独特的系数组合,每种热电偶类型及不同温度范围的系数都不同[1]。 表1所示为部分常见热电偶类型(J、K、E和S)的例子。 表1. 常见的热电偶类型 Thermocouple Type Positive Conductor Negative Conductor Temperature Range (°C) Seebeck Coefficient at +20°C J Chromel Constantan 0 to 760 51µV/°C K Chromel Alumel -200 to +1370 41µV/°C E Chromel Constantan -100 to +1000 62µV/°C S Platinum (10% Rhodium) Rhodium 0 to 1750 7µV/°C J型热电偶具有相对较高的塞贝克系数、高精度和低成本,应用广泛。这些热电偶使用相对简单的线性化算法,即可达到±0.1°C的测量精度。 K型热电偶覆盖的温度范围宽,在工业测量领域的应用非常广泛。这些热电偶具有适中的高塞贝克系数、低成本及良好的抗氧化性。K型热电偶的精度高达±0.1°C。 E型热电偶的应用没有其它类型热电偶普及。然而,这组热电偶的塞贝克系数最高。E型热电偶所需的测量分辨率低于其它类型。E型热电偶的测量精度可达到±0.5°C,需要的线性化计算方法相对复杂。 S型热电偶由铂和铑组成,这对组合能够在非常高的氧化环境下实现稳定、可复现的测量。S型热电偶的塞贝克系数较低,成本相对较高。S型热电偶的测量精度可达到±1°C,需要的线性化算法相对复杂。 应用示例 热电偶电路设计包括具有差分输入及能够分辨微小电压的高分辨率ADC、稳定的低漂移基准,以及准确测量冷端温度的方法。 图2所示为简化原理图。MX7705是一款16位、Σ-Δ ADC,内置可编程增益放大器(PGA),无需外部精密放大器,能够分辨来自热电偶的微伏级电压。冷端温度利用MAX6627远端二极管传感器以及位于热电偶连接器处、连接成二极管的晶体管测量。MX7705的输入共模范围扩展至低于地电势30mV,可实现有限的负温度范围[2]。 图2. 热电偶测量电路。MX7705测量热电偶输出,MAX6627和外部晶体管测量冷端温度,MAX6002为MX7705提供2.5V精密电压基准。 也有针对具体应用设计的IC,用于热电偶信号调理。这些IC集成本地温度传感器、精密放大器、ADC和电压基准。例如,MAX31855为冷端补偿热电偶至数字转换器,可数字化K、J、N、T或E型热电偶信号。MAX31855以14位(0.25°C)分辨率测量热电偶温度(图3)。 图3. 集成冷端温度补偿的ADC,转换热电偶电压时无需外部补偿。 冷端补偿 热电偶为差分传感器,利用温度结和冷端之间的温差产生输出电压。根据式1,只有精密测得冷端绝对温度(TREF)时,才能得到温度结的绝对温度(Tabs)。 可利用新型铂RTD (PRTD)测量冷端绝对温度。它在很宽的温度范围内提供良好的性能,尺寸小、功耗低,成本非常合理。 图4所示为精密DAS的简化原理图,采用了MAX11200(24位、Σ-Δ ADC)评估(EV)板,可实现热电偶温度测量。本例中,利用R1 - PT1000 (PTS 1206,1000Ω)测量冷端绝对温度。该解决方案能够以±0.30°C或更高精度测量冷端温度[3]。 图4. 热电偶DAS简化图 如图4所示,MAX11200的GPIO设置为控制精密多路复用器MAX4782,它选择热电偶或PRTD R1 - PT1000。该方法可利用单个ADC实现热电偶或PRTD的动态测量。提高了系统精度,降低校准要求。 非线性误差 热电偶为电压发生装置。但是,大多数常见热电偶[2,4]的输出电压作为温度的函数呈现非常高的非线性。 图4和图5中说明,如果没有经过适当补偿,常见的工业K型热电偶的非线性误差会超过数十摄氏度。 图5. K型热电偶的输出电压和温度关系图。曲线在-50°C至+350°C范围内线性度较好;在低于-50°C和高于+350°C时,相对于绝对线性度存在明显偏差。[1] 图6. 相对于直线逼近的偏差,假设线性输出为从-50°C至+350°C,平均灵敏度为k = 41µV/°C。[1] IEC采用的NIST ITS-90等现代热电偶标准化处理、查找表和公式数据库[1],是当前系统间互换热电偶类型的基础。通过这些标准,热电偶很容易由相同或不同制造商的其它热电偶所替代,而且经过最少的系统设计更新或校准即可确保性能指标。 NIST ITS-90热电偶数据库提供了详细的查找表。通过使用标准化多项式系数[1],还可利用多项式在非常宽的温度范围内将热电偶电压换算成温度(°C)。 根据NIST ITS-90热电偶数据库,多项式系数为: T = d0+ d1E + d2E² + ... dNEN (式2) 式中: T为温度,单位为°C; E为VOUT,热电偶输出,单位为mV; dN为多项式系数,每一热电偶的系数是唯一的; N = 多项式的最大阶数。 表2所示为一个K型热电偶的NIST (NBS)多项式系数。 表2. K型热电偶系数 Type-K Thermocouple Coefficients Temperature Range (°C) -200 to 0 0 to 500 500 to 1372 Voltage Range (mV) -5.891 to 0 0 to 20.644 20.644 to 54.886 Coefficients d0 0.0000000E+00 0.0000000E+00 -1.3180580E+02 d1 2.5173462E+01 2.5083550E+01 4.8302220E+01 d2 -1.1662878E+00 7.8601060E+02 -1.6460310E+00 d3 -1.0833638E+00 -2.5031310E-01 5.4647310E-02 d4 -8.9773540E-01 8.3152700E-02 -9.6507150E-04 d5 -3.7342377E-01 -1.2280340E-02 8.8021930E-06 d6 -8.6632643E-02 9.8040360E-04 -3.1108100E-08 d7 -1.0450598E-02 4.4130300E-05 — d8 -5.1920577E-04 1.0577340E-06 — d9 — -1.0527550E-08 — Error Range (°C) -0.02 to 0.04 -0.05 to 0.04 -0.05 to 0.06 利用表2中的多项式系数,能够在-200°C至+1372°C温度范围内以优于±0.1°C的精度计算温度T。大多数常见热电偶都有不同系数表可用[1]。 同样,在-200°C至0、0至+500°C和+500°C至+1372°C温度范围也可以找到类似的NIST ITS-90系统,能够以更高精度(低于±0.1°C,相对于±0.7°C)计算温度。与原来的“单”间隔表进行比较即可看出这点[2]。 ADC规格参数/分析 表3所示为MAX11200的基本性能指标,具有图4中所示的电路特性。 表3. MAX11200的主要技术指标 MAX11200 Comments Sample Rate (sps) 10 to 120 The MAX11200's variable oversampling rate can be optimized for low noise and for -150dB line-noise rejection at 50Hz or 60Hz. Channels 1 GPIOs allow externalmultiplexercontrol for multichannel measurements. INL (ppm, max) ±10 Provides very good measurement linearity. Offset Error (µV) ±1 Provides almost zero offset measurements. Noise-Free Resolution (Bits) 19.0 at 120sps; 19.5 at 60sps; 21.0 at 10sps Very highdynamic rangewith low power. VDD(V) AVDD (2.7 to 3.6) DVDD (1.7 to 3.6) AVDD and DVDD ranges cover the industry's popular power-supply ranges. ICC(µA, max) 300 Highest resolution per unit power in the industry; ideal for portable applications. GPIOs Yes Allows external device control, including local multiplexer control. Input Range 0 to VREF, ±VREF Wide input ranges Package 16-QSOP, 10-µMAX® (15mm²) Some models like theMAX11202are offered in a 10-µMAX package—a very small size for space-constrained designs. 本文中使用的MAX11200是一款低功耗、24位、Σ-Δ ADC,适合于需要宽动态范围、高分辨率的低功耗应用。利用该ADC,基于式3和4可计算图3电路的温度分辨率。 (式3) (式4) 式中: Rtlsb为热电偶在1 LSB时的分辨率; Rtnfr为热电偶无噪声分辨率(NFR); VREF为基准电压; Tcmax为测量范围内的热电偶最大温度; Tcmin为测量范围内的热电偶最小温度; Vtmax为测量范围的热电偶最大电压; Tcmax为测量范围内的热电偶最小电压; FS为ADC满幅编码,对于双极性配置的MAX11200为(223-1); NFR为ADC无噪声分辨率,对于双极性配置的MAX11200为(220-1),10Sa/s时。 表4所列为利用式3和4计算表1中K型热电偶的测量分辨率。 表4. K型热电偶在不同温度范围内的测量分辨率 Temperature Range (°C) -200 to 0 0 to 500 500 to 1372 Voltage Range (mV) -5.891 20.644 34.242 Rtlsb Resolution (°C/LSB) 0.0121 0.0087 0.0091 Rtnfr Resolution (°C/NFR) 0.0971 0.0693 0.0729 表4中提供了每个温度范围内的°C/LSB误差和°C/NFR误差计算值。无噪声分辨率(NFR)表示ADC能够可靠区分的最小温度值。对于整个温度范围,NFR值低于0.1°C,对于工业和医疗应用中的大多数热电偶远远足够。 热电偶与MAX11200评估板的连接 MAX11200EVKIT提供了全功能、高分辨率DAS。评估板可帮助设计工程师快速完成项目开发,例如验证图4所示解决方案。 在图4所示原理图中,常见的K型OMEGA热电偶(KTSS-116 [5])连接至差分评估板输入A1。利用Maxim应用笔记4875中介绍的高性价比比例方案,测量冷端温度的绝对值[3]。R1 (PT1000)输出连接至评估板输入A0。MAX11200的GPIO控制精密多路复用器MAX4782,复用器动态选择将热电偶或PRTD R1输出连接至MAX11200的输入。 K型热电偶(图3、4)在-50°C至+350°C范围内的线性度适当。对于有些不太严格的应用,线性逼近公式(式5)能大大降低计算量和复杂度。 近似绝对温度可计算为: (式5) 式中: E为实测热电偶输出,单位为mV; Tabs为K型热电偶的绝对温度,单位为°C; Tcj为PT1000实测的热电偶冷端温度,单位为°C [3]; Ecj为利用Tcj计算得到的冷端热电偶等效输出,单位为mV。 所以: k = 0.041mV/°C——从-50°C至+350°C范围内的平均灵敏度 然而,为了在更宽的温度范围(-270°C至+1372°C)内精密测量,强烈建议采用多项式(式2)和系数(根据NIST ITS-90): Tabs = ƒ(E + Ecj) (式6) 式中: Tabs为K型热电偶的绝对温度,单位为°C; E为实测热电偶输出,单位为mV; Ecj为利用Tcj计算得到的冷端热电偶等效输出,单位为mV; f为式2中的多项式函数; TCOLD为PT1000实测的热电偶的冷端温度,单位为°C。 图7所示为图4的开发系统。该系统包括经认证的精密校准器,Fluke®-724,作为温度模拟器代替K型OMEGA热电偶。 详细图片(PDF, 3.1MB) 图7. 图4开发系统 Fluke-724校准器提供与K型热电偶在-200°C至+1300°C范围内输出相对应的精密电压,送至基于PT1000的冷端补偿模块。基于MAX11200的DAS动态选择热电偶或PRTD测量值,并通过USB端口将数据送至笔记本计算机。专门开发的DAS软件采集并处理热电偶和PT1000输出产生的数据。 表5列出了-200°C至+1300°C温度范围内的测量和计算值,采用式5和6。 表5. -200°C至+1300°C范围的测量计算 Temperature (Fluke-724) (°C) PT1000 Code Measured at "Cold Junction" (LSB) Thermocouple Code Adjusted to 0°C by PT1000 Measurements (LSB) Temperature Calculated by Equation 6 and Table 2 (°C) Temperature Error vs. Calibrator (°C) Temperature Calculated by "Linear" Equation 5 (°C) -200 326576 -16463 -199.72 0.28 -143.60 -100 326604 -9930 -99.92 0.08 -86.62 -50 326570 -5274 -50.28 -0.28 -46.01 0 326553 6 0.00 0.00 0.05 20 326590 2257 20.19 0.19 19.68 100 326583 11460 100.02 0.02 99.96 200 326486 22779 200.18 0.18 198.69 500 326414 57747 500.16 0.16 503.70 1000 326520 115438 1000.18 0.18 1006.92 1300 326544 146562 1300.09 0.09 1278.40 如表5所示,利用式6,基于MAX11200的DAS系统在非常宽的温度范围内可达到±0.3°C数量级的精度。式5中的线性逼近法在很窄的-50°C至+350°C范围内仅能实现1°C至4°C的精度。 注意,式6需要相对复杂的线性化计算算法。 大约十年之前,在DAS系统设计中实现此类算法会受到技术和成本的限制。当今的现代化处理器速度快、性价比高,解决了这些难题。 总结 最近几年,适用于-270°C至+1750°C温度范围的高性价比、热电偶温度检测技术取得较大进展。在改进温度测量和范围的同时,成本也更加合理,功耗更低。 如果ADC和热电偶直接连接,这些基于热电偶的温度测量系统需要低噪声ADC (如MAX11200)。热电偶、PRTD和ADC集成至电路时,能够实现非常适用于便携式检测应用的高性能温度测量系统。 MAX11200具有较高的无噪声分辨率、集成缓冲器和GPIO驱动器,可直接连接任何传统的热电偶及高分辨率PRTD (如PT1000),无需额外的仪表放大器或专用电流源。更少的接线和更低的热误差进一步降低系统复杂性和成本,使设计者能够实现DAS与热电偶及冷端补偿模块的简单接口。

    时间:2018-06-13 关键词: adc 温度测量 热电偶

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