热电偶测温仪

内蒙古科技大学

智能仪表综合训练设计说明书

题目：热电偶测温仪

学生姓名：

学号：

专业：测控技术与仪器

班级：2010-1

指导教师：

本设计简要介绍了热电偶测温仪的测温原理、所用的硬器件结构与工作原理，并对其进行了硬件设计和软件设计，然后对其最终显示做了试验。该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。通过测定，验证测温仪的误差大小，以便可以工程使用。该测温仪是以STC89C52RC单片机为核心，由K型热电偶测量温度，由MAX6675模块对数据进行冷端补偿、A/D转换、信号放大，采用LCD显示屏显示。热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位，它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传，该热电偶采用K型镍铬-镍硅热电偶，测量范围在0—800℃之间，使用＋5V电源。

关键词：热电偶测温仪;MAX6675;STC89C52RC单片机;热电偶

摘要................................................................ I 第一章设计方案.. (1)

1.1 热电偶测温原理 (1)

1.2 热电偶测温仪系统 (1)

第二章硬件选型及设计 (3)

2.1 K型热电偶 (3)

2.2 MAX6675模块 (3)

2.3 STC89C52RC单片机 (8)

2.4 LCD液晶显示器 (12)

2.5硬件电路设计 (12)

第三章软件程序设计 (13)

3.1 主程序设计 (13)

3.2 数据读取程序设计 (13)

总结 (15)

参考文献 (16)

附录A 设计电路图 (17)

附录B 源程序 (18)

第一章设计方案

1.1 热电偶测温原理

热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。

热电偶传感器是一种将温度变化转化为电势变化的传感器，它是由两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即T>T0时，回路中会产生热电势EAB（T，T0），如图1所示。其中，T称为热端，T0称为冷端，A和B称为热电极。热电势EAB（T，T0）的大小是由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定的。EAB（T，T0）= E（T，Tn）+ E（Tn，T0）其中Tn是参考温度，T0零温。

图1.1 热电偶原理图

1.2 热电偶测温仪系统

基于热电偶的温度检测框图如图1.2，温度由K型热电偶检测，并经

MAX6675模块进行信号处理（信号放大、A/D转换、冷端补偿）。STC89C52RC 单片机读取转换的数字信号并进行必要的处理后，将数据传给LCD1602显示器显示。

其中温度传感器选用的是K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶），测温范围选用0—800度。

因为采用MAX6675模块，所以减轻了系统设计的很多难题，MAX6675是一个复杂的热电偶数字转换器，带有一个内置的12位模拟数字转换器模数转换

器（ADC）。MAX6675还包含了冷结补偿传感和校正，数字控制器，一个SPI 兼容接口，以及相关的控制逻辑。在MAX6675的目的是一起工作的外部微控制器或其他情报，恒温，过程控制，或监测应用。

热电偶

MAX6675STC89C52RC LCD1602（0-800℃）

图1.2热电偶测温仪方框图

第二章硬件选型及设计

本设计使用的硬件主要有K型热电偶、MAX6675模块、STC89C52RC单片机、1602LCD显示器。下文将对所有器件进行说明。

2.1 K型热电偶

K型热电偶材料主要采用的是镍铬－镍硅合金构成，它是一种能测量较高温度的性价比很高的热电偶,是工业自动化控制中最常用的一种热电偶。由于镍铬－镍硅合金具有较好的高温抗氧化性，可适用于氧化性或中性介质中。因此这种K型热电偶可长期测量1000度的高温，短期可测到1200度。但是，它不能用于还原性介质中，否则，很快腐蚀损坏，在此情况下只能用于500度以下的测量。它比S型热偶要便宜很多，它的重复性很好，产生的热电势大，因而灵敏度很高，而且它的线性很好。虽然其测量精度略低，但完全能满足工业测温要求，所以它是工业上最常用的热电偶。

总结起来K型热电偶主要有三方面优点:1.热电动势之直线性良好；

2.1000℃以下耐氧化性良好；

3.在溅金属热电偶中安定性属良好。 K型热电偶存在着以下三方面的缺点:1.不适用于还元性气体环境，特别是一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体;2.热电动势与贵金属热电偶相比较时变化较大;3.受Greem rot之影响会产生误差。

2.2 MAX6675模块

热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单。制造容易。使用方便。测温范围宽。测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时，却存在着以下几方面的问题。①非线性：热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系，因此在应用时必须进行线性化处理。②冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端的电势差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。③数字化输出：与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。因此，若将热电偶应用于嵌入式系统时，须进行复杂的信号放大、A/D转换、数据线性化、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。如果能将上述的功能集成到一个集成电路芯片中，即采用单芯片来完成信号放