本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于溫度的熱電偶冷端數(shù)字化補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于溫度的熱電偶冷端數(shù)字化補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書學(xué)院電氣工程學(xué)院系級(jí)教學(xué)單位儀器科學(xué)與工程系學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)檢測(cè)2班題目名稱基于溫度的熱電偶冷端數(shù)字化補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)題目性質(zhì)1理工類工程設(shè)計(jì)（）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（）；理論研究型（）；計(jì)算機(jī)軟件型（）；綜合型（）。2文管類（）；3外語(yǔ)類（）；4藝術(shù)類（）。題目類型1畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2論文（）題目題目來源科研課題（）生產(chǎn)實(shí)際（）自選題目（）主要內(nèi)容溫度測(cè)量是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見的物理量之一，熱電偶是較為常用的測(cè)量元件之一。1、了解熱電偶線性化處理、冷端補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?、設(shè)計(jì)數(shù)字化線性處理方法和冷端補(bǔ)償方法3、設(shè)計(jì)適用于多種分度號(hào)熱電偶的處理方案4、設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理功能基本要求1、著重解決熱電偶信號(hào)的放大、冷端補(bǔ)償、線性化等問題2、以單片機(jī)作為測(cè)量核心完成設(shè)計(jì)，進(jìn)行軟硬件調(diào)試3、提交完整的設(shè)計(jì)圖紙，提交設(shè)計(jì)說明書一份4、按指定的地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。參考資料1、張海濤熱電偶冷端補(bǔ)償改進(jìn)研究?jī)x表技術(shù)與傳感器，2011,VOL72、瞿江峰一種基于熱電偶的溫度測(cè)量的線性擬合方法中國(guó)西部科技,2010,VOL26周次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容收集資料，確定總體方案，確定信號(hào)處理、線性化等關(guān)鍵問題的解決方案信號(hào)電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫論文指導(dǎo)教師職稱教授系級(jí)教學(xué)單位審批年月日摘要熱電偶傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的測(cè)溫傳感器之一，有溫度測(cè)量的“常規(guī)武器”之稱。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用及其廣泛，而作為檢測(cè)技術(shù)和儀器儀表最主要的測(cè)量工具，熱電偶的精確與否顯得越發(fā)重要。根據(jù)熱電偶測(cè)溫的原理可以得知，只有其冷端溫度保持恒定時(shí)，測(cè)得的熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，而冷端溫度通常置于外界環(huán)境中很難保持恒定，因此要對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償。同時(shí)，熱電偶隨著溫度的變化而進(jìn)行非線性變化，因此要對(duì)熱電偶進(jìn)行線性化。本文介紹了熱電偶工作的一般原理和其冷端補(bǔ)償?shù)脑?，著重介紹了幾種常用的冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ê虳HT11數(shù)字式溫濕度傳感器的工作原理，提出了用DHT11解決冷端補(bǔ)償和用查表來解決熱電偶線性化的方法，提高了測(cè)量的精度，簡(jiǎn)化了補(bǔ)償電路。關(guān)鍵詞熱電偶；冷端補(bǔ)償；線性化；DHT11；溫度測(cè)量ABSTRACTTHERMOCOUPLESENSORISONEOFTHEMOSTWIDELYUSEDTEMPERATURESENSORCURRENTLY,WHICHKNOWNASTHETEMPERATUREMEASUREMENT“CONVENTIONALWEAPONS”ITSAPPLICATIONSINTHEINDUSTRIALPRODUCTIONISVERYWIDE,ANDASTHEMAINDETECTIONTECHNIQUEANDINSTRUMENTATIONMEASUREMENTTOOLS,THERMOCOUPLESPRECISIONISBECOMINGMOREANDMOREIMPORTANTACCORDINGTOTHEPRINCIPLEOFTHERMOCOUPLE,WECANKNOWTHATONLYITSCOLDJUNCTIONTEMPERATUREISKEPTCONSTANT,THEMEASUREDTHERMOELECTRICPOWERISASINGLEVALUEDFUNCTIONOFTHEMEASUREDTEMPERATURE,BUTTHECOLDJUNCTIONTEMPERATUREISUSUALLYPLACEDINTHEEXTERNALENVIRONMENT,ITISVERYDIFFICULTTOMAINTAINACONSTANT,SOWEMUSTHAVECOLDJUNCTIONCOMPENSATIONFORTHERMOCOUPLESTHISARTICLEDESCRIBESTHETHEGENERALPRINCIPLESOFTHERMOCOUPLEANDITSCOLDJUNCTIONHIGHLIGHTINGSEVERALCOMMONCOLDJUNCTIONCOMPENSATIONMETHODANDTHEPRINCIPLESOFDHT11DIGITALTEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORPROPOSINGAMETHODWHICHUSINGDHT11TOSOLVECOLDJUNCTIONCOMPENSATIONIMPROVINGTHEMEASUREMENTACCURACY,SIMPLIFYINGTHECOMPENSATIONCIRCUITKEYWORDSTHERMOCOUPLECOLDJUNCTIONCOMPENSATIONLINEARIZATIONDHT11TEMPERATUREMEASUREMENT目錄摘要ABSTRACT第1章緒論111課題的背景及意義112熱電偶冷端補(bǔ)償發(fā)展概況113本文主要研究?jī)?nèi)容2第2章熱電偶工作原理與冷端補(bǔ)償及線性化421熱電偶的測(cè)溫原理4211熱電效應(yīng)4212熱電偶的工作定律622熱電偶的類型和結(jié)構(gòu)7221標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶8222非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶9223熱電偶的結(jié)構(gòu)1023冷端溫度補(bǔ)償11231冷端補(bǔ)償?shù)脑?1232傳統(tǒng)的冷端補(bǔ)償?shù)姆椒?124熱電偶的線性化16241線性化的原因16242線性化的方法1625本章小結(jié)19第3章基于STM8單片機(jī)的補(bǔ)償方案硬件設(shè)計(jì)2031總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)2032STM8單片機(jī)簡(jiǎn)介2133熱端溫度測(cè)量模擬實(shí)現(xiàn)2534冷端溫度測(cè)量電路25341DHT11工作原理25342冷端溫度測(cè)量2835數(shù)碼管顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)29351數(shù)碼管原理29352MAX7219簡(jiǎn)介3036本章小結(jié)34第4章軟件設(shè)計(jì)3541A/D模擬熱端信號(hào)程序設(shè)計(jì)3642冷端溫度采集程序設(shè)計(jì)3643數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)3744本章小結(jié)38結(jié)論39參考文獻(xiàn)40致謝42附錄1開題報(bào)告附錄2文獻(xiàn)綜述附錄3中期報(bào)告附錄4外文翻譯附錄5外文文獻(xiàn)第1章緒論11課題的背景及意義科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，往往是由于新的觀測(cè)手段的發(fā)展而獲得的。從今天進(jìn)入信息時(shí)代看來，儀器儀表是實(shí)現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)化、存取、處理和揭示物質(zhì)活動(dòng)規(guī)律的必要工具，也是新技術(shù)革命的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在現(xiàn)代化建設(shè)中，由于儀器儀表對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量所起到的重要的檢測(cè)作用，導(dǎo)致了人們對(duì)其在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是各種工藝生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常普遍、非常重要的熱工參數(shù)之一。許多產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、能量和過程控制等都直接與溫度參數(shù)有關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測(cè)量具有十分重要的意義。熱電偶傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的測(cè)溫傳感器之一，有溫度測(cè)量的“常規(guī)武器”之稱。其工作原理是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)，配以測(cè)量電勢(shì)信號(hào)的儀表，便可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量或溫度信號(hào)的變換，具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、經(jīng)濟(jì)耐用、體積小和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。從19世紀(jì)發(fā)展至今已有一百多年的歷史，現(xiàn)在己經(jīng)被廣泛應(yīng)用于石油、化工、水利、航空、航天、核電等行業(yè)領(lǐng)域23。12熱電偶冷端補(bǔ)償發(fā)展概況從塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)算起，一百多年來，熱電偶發(fā)展的歷史大約經(jīng)歷了三個(gè)不同的階段。第一階段為早期探索階段，時(shí)間從1821年起到第一次世界大戰(zhàn)，經(jīng)歷了整整一個(gè)世紀(jì)。在此期間，由于沒有理論指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)可循，人們對(duì)熱電偶材料的研究和當(dāng)年的塞貝克一樣，全靠摸索，采用的方法為配對(duì)法，即將感興趣的待試材料直接配成熱電偶，實(shí)測(cè)了近300種熱電偶品種；第二階段為第一次世界大戰(zhàn)后40年。這個(gè)階段的特點(diǎn)是對(duì)材料熱電特性的研究十分重視。研究方法除了配對(duì)法外，還出現(xiàn)了一種新方法比較法。比較法的核心是選擇一種熱電性能穩(wěn)定，化學(xué)性能好的材料作標(biāo)準(zhǔn)電極，各種被試材料分別與標(biāo)準(zhǔn)電極組成熱電偶，測(cè)定這些熱電偶的熱電勢(shì)一溫度特性曲線。二次世界大戰(zhàn)前后，熔鋼溫度測(cè)定問題曾經(jīng)是推動(dòng)熱電偶材料發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。幾十年來，對(duì)煉鋼過程的精煉溫度、出鋼溫度、澆鑄溫度的測(cè)定和控制技術(shù)的探求，不僅推動(dòng)了對(duì)新型熱電偶材料的探索，而且促使對(duì)有關(guān)熱偶絲的砧污、劣化變質(zhì)、高溫脆性和不均勻性等問題的研究日益深入；第三階段為60年代至今，這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是除了對(duì)材料性能和測(cè)試方法的研究很重視外，還十分重視對(duì)熱電偶回路的基本理論及其應(yīng)用的研究。在研究的方法中，除了傳統(tǒng)的配對(duì)法、比較法外，還出現(xiàn)了分析法。分析法是以現(xiàn)代熱電理論非平衡態(tài)熱力學(xué)、量子力學(xué)應(yīng)用于熱電效應(yīng)的理論為指導(dǎo)，綜合冶金、物理、化學(xué)理論與經(jīng)驗(yàn)規(guī)律來進(jìn)行熱電偶合金的性能研究和綜合設(shè)計(jì)。近40年來，在發(fā)展新型熱電偶材料方面取得了不少成績(jī)。愷裝熱電偶材料得到普遍推廣使用，產(chǎn)品規(guī)格和性能試驗(yàn)多己標(biāo)準(zhǔn)化28。隨著社會(huì)的發(fā)展，許多工業(yè)和科技部門對(duì)溫度測(cè)量的精度要求越來越高，這就使得熱電偶要進(jìn)一步減小其誤差。由熱電偶的測(cè)溫原理可以知道，當(dāng)熱電偶冷端溫度為零時(shí)測(cè)出的溫度才是被測(cè)的實(shí)際溫度，而在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，冷端溫度往往不為零。這時(shí)就需要將熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)搅阋员闾岣邷y(cè)量精度。傳統(tǒng)的冷端補(bǔ)償方法有冰點(diǎn)法、恒溫遷移法、補(bǔ)償導(dǎo)線法、電橋補(bǔ)償法、二端集成溫度傳感器法等。傳統(tǒng)的這些補(bǔ)償方法不僅成本高適用性差，而且反應(yīng)慢誤差大已經(jīng)不能滿足社會(huì)的需求。20世紀(jì)六七十年代，單片機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，同時(shí)也為熱電偶冷端補(bǔ)償提供了一種新的方法通過單片機(jī)與溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的快速準(zhǔn)確測(cè)量。這種方法有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)補(bǔ)償方法的不足，補(bǔ)償更加迅速、誤差小、適用性強(qiáng)、成本低，由于其各種優(yōu)點(diǎn)，到20世紀(jì)90年代通過單片機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)熱電偶的溫度測(cè)量已經(jīng)非常普遍的應(yīng)用開來。如今的測(cè)溫?zé)犭娕家蚕蛘w化、小型化、便攜式發(fā)展13。13主要研究?jī)?nèi)容本論文進(jìn)行熱電偶冷端數(shù)字化補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)主要完成以下工作（1）介紹了傳統(tǒng)的冷端補(bǔ)償?shù)囊恍┓椒ㄍㄟ^查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的一些冷端補(bǔ)償方法進(jìn)行了總結(jié)，介紹了每種方法的工作原理。（2）基于單片機(jī)的冷端補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)用數(shù)字式溫度傳感器DHT11和STM8單片機(jī)結(jié)合，根據(jù)熱電偶的中間溫度定律，實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償。隨著智能儀器儀表和微機(jī)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展與日漸普及單片機(jī)微處理器逐漸成為溫度測(cè)量的核心。并且配合各種傳感器可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的測(cè)量。同時(shí)用軟件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償成本低，不用考慮硬件的投資。在現(xiàn)有條件下，尋找一種成本低、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序處理方便的補(bǔ)償方法。最終設(shè)計(jì)了用DHT11測(cè)溫，單片機(jī)處理，最終通過查表來得到被測(cè)溫度的一套系統(tǒng)。第2章熱電偶工作原理與冷端補(bǔ)償及線性化熱電偶是目前工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛的熱電式傳感器。熱電偶是一種發(fā)電型的溫敏元件，它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，配以測(cè)量電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的儀表或變送器，便可實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量或溫度信號(hào)的變換。21熱電偶的測(cè)溫原理211熱電效應(yīng)將兩根性質(zhì)不同的的金屬絲或合金絲A與B的兩個(gè)端頭焊接在一起，就構(gòu)成了熱熱電偶，如圖21所示。A、B叫做熱偶絲，也叫熱電極。在閉合回路旁放置一個(gè)小磁針，當(dāng)熱電偶兩端的溫度時(shí)，磁針不動(dòng)；當(dāng)0T，磁針就發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)方向和熱電偶兩端溫度的高低及兩極的0T性AB圖21熱電偶的熱電現(xiàn)象質(zhì)有關(guān)。上述現(xiàn)象說明，當(dāng)熱電偶兩端溫度時(shí)，回路中產(chǎn)生了電流，0T這種電流叫做熱電流，其電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)，其物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。放置在被測(cè)介質(zhì)中的熱電偶的一端，稱為工作端，或稱測(cè)量端。熱電偶一般用于測(cè)量高溫，所以工作端一般置于高溫介質(zhì)中，因而工作端也稱為熱端；另一端則稱為參考端，也稱自由端。熱電偶測(cè)溫時(shí)，參考端用來接測(cè)量?jī)x表，如圖22所示，其溫度通常是環(huán)境溫度，它一般低于工作0T端溫度，所以通常稱為冷端13。（1）接觸電動(dòng)勢(shì)各種導(dǎo)體中都存在有大量的自由電子，不同金屬自由電子的密度是不T0T同的。設(shè)導(dǎo)體A、B的自由電子濃度分別為和，并且。當(dāng)兩種ANBABN金屬接觸在一起時(shí)，自由電子便從濃度高的一方向濃度低的一方擴(kuò)散，結(jié)果結(jié)BT0TA工作端自由端圖22熱電偶原理示意圖點(diǎn)附近導(dǎo)體A失去電子帶正電，導(dǎo)體B得到電子帶負(fù)電而形成電位差，當(dāng)電子擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，結(jié)點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)為21LNAABBKTEE式中為波爾茲曼常數(shù)，；為結(jié)點(diǎn)處的絕對(duì)溫度；為K23180JKTE電子電荷，1。9160EC由式（21）可以看出，當(dāng)A、B材料相同時(shí)，。0ABE（2）溫差電動(dòng)勢(shì)在一根金屬導(dǎo)體上，如果存在溫度梯度，也會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)闇囟炔煌杂呻娮拥倪\(yùn)動(dòng)速度也不同。溫度梯度的存在必然形成自由電子運(yùn)動(dòng)速度的梯度，電子從速度大的區(qū)域向速度小的區(qū)域擴(kuò)散，造成電子分布不均，形成電勢(shì)差，稱為溫差電勢(shì)。設(shè)對(duì)單一金屬導(dǎo)體A，如果兩端溫度不同，分別為,（），則這個(gè)電勢(shì)可以有下式計(jì)算T00220,TAAED式22中,是湯姆遜系數(shù)。A對(duì)于A,B導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路，總的電勢(shì)將為2300,TABABTTD這個(gè)電勢(shì)的大小只與熱電極材料A,B和兩結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，如果材料相同則只與溫度有關(guān)。熱電勢(shì)為2400,TABABABTETED由式24可知1、如果熱電偶兩個(gè)電極的材料相同，則，,由此無論兩ABABN端溫差多大，熱電偶回路中也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。2、如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端溫度相同，即,熱0T電偶閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢(shì)。3、如果熱電偶兩電極材料不同（材料分別為A，B），且如果保持不0變，即為常數(shù)，則回路熱電勢(shì)只是熱電偶熱端溫度的函數(shù)。即0ET250,ABETC這表明，熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)與熱端溫度有單值對(duì)應(yīng)0,ABETT關(guān)系，這是熱電偶測(cè)溫的基本公式3。212熱電偶的工作定律熱電偶的工作定律是通過對(duì)熱電偶的電阻、電流和電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系的反復(fù)試驗(yàn)，在理論上深入研究論證而得出的使用規(guī)律。也是熱電偶測(cè)溫的依據(jù)。1導(dǎo)體定律由單一的均勻金屬構(gòu)成的熱電偶閉合回路，無論冷、熱端的溫差多大也不會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。這就是熱電偶的均勻?qū)w定律。（2）中間導(dǎo)體定律用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，回路中總要插入第三種材料C，如圖23所示。假設(shè)3個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度均為，回路的總熱電動(dòng)勢(shì)為0T2600ABCABCAEETB00TCTAA0T0圖23中間導(dǎo)體定律若A、B結(jié)點(diǎn)的溫度為，其余結(jié)點(diǎn)溫度為，且，則回路的總0T0熱電動(dòng)勢(shì)為B27000,ABCABCAETET由式26得（2000,8）將式（28）代入（27）得29000,ABCABABETET由此證明，在熱電偶回路中插入測(cè)量?jī)x表或插入第三種材料，只要插入材料的兩端溫度相同，則插入后對(duì)回路熱電動(dòng)勢(shì)沒有影響。利用中間導(dǎo)體定律可以用第三種廉價(jià)導(dǎo)體將測(cè)量時(shí)的儀表和觀測(cè)點(diǎn)延長(zhǎng)至遠(yuǎn)離熱端的位置，而不影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)值。（3）中間溫度定律任何兩種均勻材料構(gòu)成的熱電偶，結(jié)點(diǎn)溫度為,時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等T0于此熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為、和、的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，如圖24TN0所示，即21000,ABNABABNEE這就是熱電偶的中間溫度定律。BBB0TNTTAAA圖24中間溫度定律中間溫度定律是制定熱電偶的分度表的理論基礎(chǔ)。熱電偶分度表都是以冷端為零度時(shí)做出的。而在工程測(cè)試中，冷端往往不是攝氏零度，這時(shí)就需要根據(jù)中間溫度定律對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償3。22熱電偶的類型和結(jié)構(gòu)熱電偶的類型通常分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩類。結(jié)構(gòu)也有多種。221標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表，同一型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有互換性。1975年國(guó)際電工委員會(huì)IEC向全世界各國(guó)推薦了7種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。（1）鉑銠10鉑熱電偶S型熱電偶這是貴金屬熱電偶，可用于測(cè)量高溫，長(zhǎng)時(shí)間使用可達(dá)1300，短時(shí)間使用可達(dá)1600。它的物理、化學(xué)穩(wěn)定性好，能在氧化性氣氛中長(zhǎng)期使用，但不能再還原性氣氛及含有金屬及非金屬蒸氣氣氛中使用，除非外面加保護(hù)套管。這種熱電偶的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，熱電動(dòng)勢(shì)小，熱電勢(shì)率平均9V/,故需配靈敏度高的顯示儀表。表21熱電偶的溫度范圍及誤差注表中T為被測(cè)溫度的絕對(duì)值。（2）鉑銠13鉑熱電偶R型熱電偶該熱電偶與S型熱電偶特點(diǎn)相同，由于在正極鉑銠合金中增加了銠的含量，它比S型熱電偶的性能更加穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)也較大。（3）鉑銠30鉑銠6熱電偶B型熱電偶這也是貴金屬熱電偶，使用溫度比第一種更高，長(zhǎng)期使用最高溫度可達(dá)1600，短期使用可達(dá)1800。該熱電偶與S型熱電偶相比，提高了抗氧化能力和機(jī)械強(qiáng)度，熱電特性更加穩(wěn)定，但產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)更小。（4）鎳鉻鎳硅鎳鋁熱電偶K型熱電偶這是一種應(yīng)用非常廣泛的廉價(jià)金屬熱電偶。長(zhǎng)期使用最高溫度可達(dá)900，短期使用可達(dá)1200。該熱電偶由于在熱電極中含有大量鎳，故允差等級(jí)23允差值15或025T4或05016000160060017006001700允差值25或075T25或15T40120020040409002004040750允差值1或075T1或15T4075020040熱電偶型號(hào)05或04T符合誤差限的測(cè)溫范圍11或1T11000003符合誤差限的測(cè)溫范圍B型鉑銠30鉑銠6T型銅康銅016000160040100040800407504035015或04T符合誤差限的測(cè)溫范圍R型鉑銠13鉑S型鉑銠10鉑K型鎳鉻鎳硅E型鎳鉻康銅J型鐵康銅在高溫下抗氧化及抗腐蝕能力都很強(qiáng)。該熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)率比S型熱電偶大45倍，而且熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系近似成一條直線。鎳鉻鎳鋁熱電偶與鎳鉻鎳硅熱電偶的熱電特性幾乎完全一樣，但鎳鋁合金在高溫小易氧化，穩(wěn)定性差，而鎳硅合金在抗氧化和熱電特性的穩(wěn)定性方面都比鎳鋁合金要強(qiáng)，因此，我國(guó)已基本使用鎳鉻鎳硅熱電偶取代了鎳鉻鎳鋁熱電偶。（5）銅康銅熱電偶T型熱電偶該熱電極材料均勻性好，熱電動(dòng)勢(shì)大，靈敏度高，線性好，在200300范圍內(nèi)，廉價(jià)金屬熱電偶中它的準(zhǔn)確度最高。由于銅熱電極極易被氧化，故一般在氧化性氣氛中使用時(shí)不宜超過300。在低于200以下使用時(shí)線性差，靈敏度迅速下降，所以一般都用在200以上。（6）鎳鉻康銅熱電偶E型熱電偶E型熱電偶的最大特點(diǎn)是在常用熱電偶中其熱電動(dòng)勢(shì)率最大，即靈敏度最高。在相同的溫度下，其熱電動(dòng)勢(shì)比K型熱電偶幾乎高一倍。該熱電偶適宜在250870范圍內(nèi)的氧化或惰性氣氛中使用。（7）鐵康銅熱電偶J型熱電偶可用于氧化性和還原性氣氛中，在高溫下鐵熱電極極易被氧化，在具有氧化氣氛中使用溫度上限為750，但在還原性氣氛中使用溫度可達(dá)950。在低溫下，鐵電極極易變脆，性能不如T型熱電偶15。222非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指沒有統(tǒng)一分度表的熱電偶，雖然在使用范圍和數(shù)量上不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，但在許多特殊情況下，如高溫、低溫、高真空、和有核輻射以及某些在線測(cè)試等，這些熱電偶具有某些特別良好的性能。（1）鎢錸系熱電偶鎢錸熱電偶是目前最耐高溫的金屬熱電偶，最高可使用到3000，是還原、真空、高溫環(huán)境的主用熱電偶，具有熱電動(dòng)勢(shì)率高、靈敏度高、溫度電動(dòng)勢(shì)線性好、熱穩(wěn)定性好、原材料豐富、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。特別是高溫耐氧化套管的開發(fā)應(yīng)用，使得這種測(cè)溫最高的廉價(jià)金屬熱電偶幾乎可以覆蓋所有的應(yīng)用領(lǐng)域，在大多數(shù)場(chǎng)合都能取代貴金屬熱電偶而且價(jià)格相對(duì)很低，具有很好的市場(chǎng)前景。現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化的鎢錸熱電偶有W5/26、W3/25、W5/20三種分度號(hào)，均已成熟地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，其中W5/26的用量相對(duì)較大。值得注意的是鎢錸裸絲只能在真空、氫氣、惰性氣氛中使用，在300以上的氧化氣氛中會(huì)迅速被氧化，須采取保護(hù)措施才能使用。分度到1600的可使用到1800，分度到2000的可使用到2300。（2）銥銠系熱電偶該類熱電偶適用于真空、惰性氣體及為氧化性氣氛中，特別是在氧化氣氛中可測(cè)2000的高溫。該類熱電偶質(zhì)地較脆。（3）鎳鉻金鐵熱電偶該熱電偶是一種理想的低溫?zé)犭娕迹跍囟葹?K時(shí)也能保持大于10V/熱電動(dòng)勢(shì)（4）自然熱電偶該類熱電偶系指“刀具工件”熱電偶，主要用于切削溫度的在線測(cè)量。在800工況時(shí)，其熱電動(dòng)勢(shì)可達(dá)十余毫伏。（5）非金屬熱電偶該類熱電偶已有熱解石墨熱電偶等多種。其測(cè)量精度可達(dá)115，在氧化氣氛中可使用到1700左右。223熱電偶的結(jié)構(gòu)（1）普通熱電偶普通熱電偶由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。普通熱電偶在測(cè)量時(shí)將下來端插入被測(cè)對(duì)象的內(nèi)部，主要用于測(cè)量容器或管道內(nèi)的氣體、液體等介質(zhì)的溫度。（2）鎧裝式熱電偶把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中，運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度，將工作端焊接密封，配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。所以又稱套管式熱電偶。所以又稱套管式熱電偶。鎧裝熱電偶的特點(diǎn)為內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作的很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。（3）片狀薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成片狀薄膜熱電偶。由于熱結(jié)點(diǎn)極薄，因此特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí)，用粘接劑將它粘接在被測(cè)物體壁面上158。23冷端溫度補(bǔ)償若想準(zhǔn)確地測(cè)出實(shí)際溫度，冷端補(bǔ)償是必不可少的；而冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ捕喾N多樣。231冷端補(bǔ)償?shù)脑驘犭娕紵犭娕驾敵龅臒犭妱?dòng)勢(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)溫度差的函數(shù)。為了使輸出的熱電動(dòng)勢(shì)是被測(cè)溫度的單一函數(shù)，通常要求冷端保持恒定。而熱電偶0T分度表是以冷端等于0為條件的，因此，只有滿足的條件，才能直接應(yīng)用分度表。所以使用熱電偶測(cè)溫時(shí)，冷端若不是0，測(cè)溫結(jié)果必然有誤差。一般情況下，只有實(shí)驗(yàn)室才可能有保證0的條件。而通常的工程測(cè)溫中，冷端溫度大都處于室溫或在一個(gè)波動(dòng)的室溫區(qū)，這時(shí)要測(cè)出實(shí)際溫度，就必須采取修正或補(bǔ)償措施。232傳統(tǒng)冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?）冰點(diǎn)法這種方法是直接把熱電偶的冷端直接放置在恒為0的恒溫容器中，不需要考慮冷端溫度補(bǔ)償或修正。為了獲得0的條件，需專門設(shè)置冰點(diǎn)容器。一般是將純凈的水和冰混合，在一個(gè)大氣壓下冰水共存時(shí)，其溫度即為0。冰點(diǎn)法是一種準(zhǔn)確度較高冷端處理方法，但使用起來比較麻煩，需要保持冰水兩相共存，故僅適用于實(shí)驗(yàn)室5。（2）溫度修正法在實(shí)際使用中，熱電偶冷端保持0很不方便，但總可以保持在某一不變的溫度下，此時(shí)可以采用冷端溫度修正方法。根據(jù)中間溫度定律，有00,ABABNABNETTE由上式可知，當(dāng)冷端溫度不是0，二是時(shí)，熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)為，而不是，故不能直接查分度表。還須加上，,ABNET,0,ABNET才可以用分度表由差得被測(cè)溫度的正確值1。0AB（3）補(bǔ)償導(dǎo)線法實(shí)際應(yīng)用中，為保持熱電偶冷端溫度的穩(wěn)定，減小冷端溫度變化產(chǎn)0T生的誤差，需要將熱電偶的冷端延伸到數(shù)十米外的儀器或控制器中。根據(jù)中間導(dǎo)體定律，可以用第三種廉價(jià)導(dǎo)體將測(cè)量時(shí)的儀表和觀測(cè)點(diǎn)延長(zhǎng)至遠(yuǎn)離熱端的位置，而不影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。這種補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)選用直徑大、導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制作，以減小熱電偶回路的電阻，節(jié)省電極材料，同時(shí)，補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電性能還應(yīng)與電極絲匹配。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到遠(yuǎn)離熱端的控制室的儀表端子上，以保持熱電偶冷端溫度的穩(wěn)定的作用。它本身并0T不能消除冷端溫度0時(shí)對(duì)溫度的影響，不起冷端補(bǔ)償?shù)淖饔?6T補(bǔ)償導(dǎo)線從原理上可分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型。延長(zhǎng)型的補(bǔ)償導(dǎo)線其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶相同，因而熱電動(dòng)勢(shì)也相同，在型號(hào)中以“X”表示；補(bǔ)償型的補(bǔ)償導(dǎo)線其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但在其工作溫度范圍內(nèi)，熱電動(dòng)勢(shì)與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值相近，在型號(hào)中也“C”表示。按補(bǔ)償精度分，補(bǔ)償導(dǎo)線可分為普通級(jí)和精密級(jí)。精密級(jí)補(bǔ)償后的誤差大體上只有普通級(jí)的一半，通常用在測(cè)量精度要求高的地方。如S、R分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線，精密級(jí)的允差為25，普通級(jí)的允差為5；K、N分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線，精密級(jí)的允差為15，普通級(jí)的允差為25。在型號(hào)中普通級(jí)的不標(biāo)，精密級(jí)的加“S”表示。按工作溫度分，補(bǔ)償導(dǎo)線可分為一般用和耐熱用兩種。一般用補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度為0100；耐熱用的補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度為02001。各種分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相同分度號(hào)的熱電偶配用，否則可能欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償。當(dāng)用K分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線配用N分度號(hào)的熱電偶，將造成過補(bǔ)償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線配用K分度號(hào)的熱電偶，將造成欠補(bǔ)償，顯示溫度偏低。最可靠、最常用的方法判斷方法是測(cè)試法，就是將補(bǔ)償導(dǎo)線的兩端剝?nèi)ソ^緣層，把兩根導(dǎo)線絞合在一起制成熱電偶的熱端，放到沸水中，兩根導(dǎo)線的另一端與直流電位計(jì)相連，將測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)與其補(bǔ)償?shù)臒犭妱?dòng)勢(shì)值相比較，與之最接近的即為補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號(hào)，根據(jù)電位差計(jì)的正負(fù)極可確定補(bǔ)償導(dǎo)線的極性113。（4）補(bǔ)償系數(shù)數(shù)修正法1利用中間溫度定律可以求出的熱電動(dòng)勢(shì)。該法較精確但繁瑣。0T因此，工程上常用補(bǔ)償系數(shù)修正法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。設(shè)冷端溫度為，此時(shí)測(cè)得0T的溫度為，其實(shí)際溫度應(yīng)為1T21110K式中為修正系數(shù)。的取值如表22所示。KK表22幾種常用熱電偶的修正系數(shù)值表K銅康銅鎳鉻康銅鐵康銅鎳鉻鎳硅鉑銠鉑0001001001001001002000100100100100100100000860901001000822000007708309910007230000070081099098069400000680830980980665000006507910210006360000078100096062700000800911000608000008008210005990000084100056100000107055110000111053120000052130000052140000052150000052160000052工作端溫度T/熱電偶種類（5）補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)變化值。補(bǔ)償電橋原理圖如圖25所示。補(bǔ)償電橋橋臂電阻、和與熱電偶冷端處于相同的環(huán)境溫1R23CU度下。其中，都是錳銅線繞電阻，電阻溫度系數(shù)很小。是123CUR銅導(dǎo)線繞制的補(bǔ)償電阻。E為橋路電源，是限流電阻，其阻值取決于熱SR電偶材料。使用時(shí)，選擇的阻值使橋路在某一溫度時(shí)處于平衡狀態(tài)，此時(shí)電CUR橋輸出為。當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，隨著增大，也隨著增大，而0ABUCUABU熱電勢(shì)卻隨著冷端溫度升高而減小。如果的增加量等于的減小ABEABABE量，那么的大小就不隨冷端溫度而變化。ABAB圖25補(bǔ)償電橋原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，在0下使補(bǔ)償電橋平衡，此時(shí)，123CUR0ABU電橋?qū)x表讀數(shù)無影響，并在040或2020的范圍內(nèi)起補(bǔ)償作用。同時(shí)，橋臂必須和熱電偶的冷端靠近，使之處于同一溫度下，不同材CUR質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償電路中的限流電阻不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)SR整。補(bǔ)償電橋法是利用不平衡引起的熱電勢(shì)的變化值。恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂電AB0TT,TEABBACDABU1R2R3RCUR0TMVU阻可以使不平衡電壓正好補(bǔ)償冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)的變化。只須保證總電壓不受溫度影響，就完成了溫度的補(bǔ)償。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于環(huán)境溫度在2580的范圍內(nèi)。如表23所示為幾種冷端補(bǔ)償方法的比較15。表23幾種冷端補(bǔ)償方法的比較24熱電偶的線性化241線性化的原因在理想的情況下熱電偶的熱電勢(shì)才是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。實(shí)際上，熱電偶溫度信號(hào)非線性是比較大的，溫度從0升高到1800，熱電勢(shì)從0MV變化到13585MV，每100熱電勢(shì)增加最大值約為最小值的8倍。其他熱電偶都存在類似的問題，所以要使測(cè)得的溫度準(zhǔn)確，必須對(duì)熱電偶進(jìn)行線性化。測(cè)試方法測(cè)試原理優(yōu)缺點(diǎn)將冰水混合物置于保溫容器簡(jiǎn)單易用，精度冰點(diǎn)法強(qiáng)制使冷端保持0高，易受外界影響，適于實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)單易懂，適用溫度補(bǔ)償法熱電偶的中間溫度定律性強(qiáng)，誤差相對(duì)大。利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓線路簡(jiǎn)單，適用電橋法補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化對(duì)熱性差，補(bǔ)償范圍電動(dòng)勢(shì)的影響小補(bǔ)償系數(shù)與冷端溫度簡(jiǎn)單，適用性差，補(bǔ)償系數(shù)修正法相乘再加上測(cè)得的溫度測(cè)溫范圍小242線性化的方法（1）單反饋法這種方法是利用負(fù)反饋，可以改善其線性，但是很有限。幾種非線性稍小的熱電偶，在溫區(qū)要求不寬的情況下，可以采用這種方法。有時(shí)，由于在某一溫區(qū)有精度要求，那么就在該溫區(qū)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，達(dá)到要求的目標(biāo)；在沒有精度要求溫區(qū)可以放寬，只作監(jiān)視用。（2）折線近似法這是一種對(duì)非線性較大的信號(hào)處理的較好的方法。處理得好可以達(dá)到較高的精度。這種方法普遍適用于各種熱電偶的整個(gè)正信號(hào)溫區(qū)。圖26折線近似法這種方法的電路原理圖如圖26所示。該電路的工程是當(dāng)輸入的電壓信號(hào)較低時(shí)，IC1中的反向端電壓較同向端A低得多（同向端的電壓大小是根據(jù)線性化要求設(shè)定的，B點(diǎn)同樣），IC1的輸出端電壓較高，D1截止。當(dāng)輸入信號(hào)電壓接近IC1的同向端時(shí)，IC1的輸出逐漸降低，隨之，D1逐漸導(dǎo)通，V4逐漸增大，直到V4接近A點(diǎn)電壓為止。這就有效地限制了熱電偶信號(hào)迅速增加，降低了非線性。IC2的工作工程與此類似，不同的是B點(diǎn)電位比A點(diǎn)高。當(dāng)輸入電壓在A點(diǎn)電壓以下時(shí)，D2截止，IC2不工作；只有當(dāng)輸CV6R6V3R2R1RAB2IC1IC2D5V5R1D4R4V7R3IC8R9R10R0FV輸入入電壓高于A點(diǎn)電壓或接近B點(diǎn)電壓時(shí)IC2才工作。工作過程與IC1相同。所用折線的段數(shù)是根據(jù)精度要求決定的。對(duì)于熱電偶信號(hào)處理來說，有三段就可以使精度達(dá)到05以上。當(dāng)D1、D2都導(dǎo)通后，可以推出212456954018FRRVVR（3）查表法為了測(cè)量方便，規(guī)定了幾種常用的定性熱電偶分度表。這樣只要測(cè)出冷端溫度就可以查表得到冷端的熱電勢(shì)，與熱端的熱電勢(shì)相加得到總的熱電勢(shì)，然后再反查表就可以得到被測(cè)的溫度。E型熱電偶分度表如表24所示。表24E型熱電偶部分分度表01234567890000000590118017602350295035404130472053210059106510711077008300890095010111071113120119212521313137314341495155616171678173930180118621924198520472109217122332295235740241924822544260726692732279528582921298450304731103173323733003364342834913555361960368337483812387639414005407041344199426470432943944459452445904655472047864852491780498350495115518152475314538054465513557990564657135780584659135981604861156182625010063176385645265206588665667246792686069281106996706471337201727073397407747675457614120768377527821789079608029809981688238830713083778447851785878657872787978867893890081409078914992209290936194329503957396449715150978798589929100721007210143102151028610358104291601050110573106451078910789108611093311005110771115017011222112941136711512115121158511657117301180311876180119491202212095122411224112314123871246112534126081901268112755128281297512975130491312313197132711334520013419134931356713715137151378913864139381401214087210141611423614310144601446014534146091468414759148342201490914984150591520915209152841535915435155101558523015661157361581215963159631603816114161901626616341溫度熱電動(dòng)勢(shì)MV查表法使用的表是NBS（NATIONGALBUREAUOFSTANDARDS,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局）提供的熱電偶分度表，采用查表法需占用較多的存儲(chǔ)器，但對(duì)于連續(xù)的重復(fù)查詢提供了一種快速、精確的解決方法。除此之外還有多項(xiàng)式法和熱電偶輸出信號(hào)線性模擬化。多項(xiàng)式系數(shù)線性逼近法軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要預(yù)先確定多項(xiàng)式系數(shù)，不需要存儲(chǔ)，較為通用，但在溫度測(cè)量范圍寬、多項(xiàng)式階數(shù)高的情況耗時(shí)較長(zhǎng)；輸出信號(hào)線性模擬化需要設(shè)計(jì)專用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，比較復(fù)雜。25本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了熱電偶測(cè)溫的工作原理和目前國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娕嫉慕Y(jié)構(gòu)與測(cè)溫范圍。并且重點(diǎn)介紹了傳統(tǒng)熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄅc原理，以及線性化的一些方法。第3章基于STM8單片機(jī)的補(bǔ)償方案硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用了STM8單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)，用STM8的A/D模塊來模擬熱電偶測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)，用DHT11來采集熱電偶冷端溫度，通過查表得到冷端熱電勢(shì)，然后相加得到總的熱電勢(shì)，然后反查表得到被測(cè)溫度，最后用MAX7219來驅(qū)動(dòng)LED顯示器顯示測(cè)得的數(shù)值。31總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)熱電偶的測(cè)溫原理可知，當(dāng)熱電偶熱端測(cè)量溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，由于熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)非常小，所以要經(jīng)過一個(gè)放大電路，使該信號(hào)放大以便能被檢測(cè)到。除此之外，還要經(jīng)過一個(gè)濾波電路，去除掉波形的影響。這樣就得到一個(gè)容易被檢測(cè)的穩(wěn)定的電壓信號(hào)。此時(shí)這個(gè)電壓信號(hào)是模擬信號(hào)，若要被單片機(jī)檢測(cè)到就需要經(jīng)過一個(gè)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將這個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入單片機(jī)將這一熱電勢(shì)顯示出來，該熱電勢(shì)表示為。由于冷端溫度不為0,此時(shí)測(cè)的溫度不是實(shí)際的溫0,ET度值。用溫度傳感器測(cè)出熱電偶冷端溫度直接送入單片機(jī)中顯示出來,然后通過查表，得到了冷端溫度對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)。根據(jù)熱電偶的中間溫度0,ET定律可以知道,得到后通過查表就可以算00,出被測(cè)溫度?？傮w的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如圖31所示。T熱電偶放大器圖31總體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖由于本設(shè)計(jì)主要的任務(wù)是熱電偶的冷端補(bǔ)償，可以在不測(cè)量熱電偶熱端溫度的情況下實(shí)現(xiàn)模擬的冷端補(bǔ)償。所以用STM8的A/D模塊來模擬熱STM8DHT11數(shù)碼管A/D濾波器冷端溫度電偶測(cè)得的熱電勢(shì)信號(hào)，假設(shè)模擬的這個(gè)信號(hào)是E型熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的信號(hào)，所以查表時(shí)，只需知道E型熱電偶的熱電勢(shì)分度表就好了。32STM8單片機(jī)簡(jiǎn)介本次畢設(shè)選用的是STM8S105S4T6板，STM8S105S4T6主板配置了一個(gè)LED燈、一個(gè)按鍵、蜂鳴器、電位器等試驗(yàn)單元，電位器可以做A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。其引腳圖如圖32所示。圖32STM8S105S4T6板的引腳圖（1）STM8的中央處理單元它是三級(jí)流水線的哈佛結(jié)構(gòu)，具有32位寬程序存儲(chǔ)總線，對(duì)大多數(shù)指令可進(jìn)行單周期取值；具有兩個(gè)16位尋址寄存器X寄存器和Y寄存器，允許帶有偏移的變址尋址模式和讀改寫式的數(shù)據(jù)操作；具有24位程序指針，可以訪問16M字節(jié)線性地址空間；16位堆棧指針，可以訪問64K字節(jié)深度堆棧；8位狀態(tài)寄存器，可根據(jù)上條指令的結(jié)果產(chǎn)生7個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。STM8有20種尋址模式，用于地址空間內(nèi)任何位置上的查詢數(shù)據(jù)表的變址方式和用于局部變量和參數(shù)傳遞的堆棧指針相對(duì)尋址模式。STM8有80條指令，指令平均長(zhǎng)度為2字節(jié)。分別為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送和邏輯/算數(shù)功能；8位乘8位的乘法指令；16位除8位和16位除16位除法指令；位操作指令；通過對(duì)堆棧的直接訪問實(shí)現(xiàn)堆棧和累加器之間的數(shù)據(jù)直接傳送PUSH/POP和使用X和Y寄存器傳送數(shù)據(jù)或者在存儲(chǔ)器之間直接傳送數(shù)據(jù)15。（2）中斷控制器STM8的中斷控制器是具有3級(jí)軟件優(yōu)先級(jí)設(shè)定的嵌套中斷，有硬件優(yōu)先級(jí)的32個(gè)中斷向量；其中27個(gè)外部中斷分布在6個(gè)中斷向量上。其所有的I/O引腳都具有外部中斷能力，每一個(gè)端口都有獨(dú)立的中斷向量以及獨(dú)立的標(biāo)志。具有靈活的優(yōu)先級(jí)和中斷等級(jí)管理，支持可嵌套的或同級(jí)中斷管理多大4個(gè)軟件可編程的嵌套等級(jí)；最多32個(gè)中斷向量，其入口地址由硬件固定；2個(gè)不可屏蔽事件RESET、TRAP；1個(gè)不可屏蔽的最高優(yōu)先級(jí)的硬件中斷TLI15。（3）FLASH程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)EEPROM存儲(chǔ)器STM8內(nèi)部的FLASH程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)EEPROM由一組通用寄存器來控制。用戶可以使用這些寄存器來編程或擦除存儲(chǔ)器的內(nèi)容、設(shè)置寫保護(hù)、或者配置特定的低功耗模式。用戶也可以對(duì)器件的選項(xiàng)字節(jié)進(jìn)行編程。其具有如下幾個(gè)特點(diǎn)最多可達(dá)32K字節(jié)的單電壓閃存程序存儲(chǔ)器；最多可達(dá)1K字節(jié)的真正的數(shù)據(jù)EEPROM；寫的同時(shí)讀，向EEPROM中寫數(shù)據(jù)同時(shí)執(zhí)行程序存儲(chǔ)器的程序；用戶選項(xiàng)字節(jié)區(qū)15。（4）時(shí)鐘控制STM8的時(shí)鐘控制器功能強(qiáng)大且靈活易用。其目的在于使用戶在獲得最好的性能的同時(shí)，也能保證消耗的功率最低。用戶可獨(dú)立地管理各個(gè)時(shí)鐘源，并將它們分配到CPU或各個(gè)外設(shè)。主時(shí)鐘和CPU時(shí)鐘均帶有預(yù)分頻器。時(shí)鐘控制器將來自不同振蕩器的系統(tǒng)時(shí)鐘連接到內(nèi)核和外設(shè)，它也為低功耗模式管理時(shí)鐘的選通，并確保時(shí)鐘的可靠性。它有以下幾個(gè)特點(diǎn)時(shí)鐘分頻為了在速度和電流消耗之間找到一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)，可通過一個(gè)可編程的預(yù)分頻器來調(diào)整CPU和外設(shè)的時(shí)鐘頻率。安全的時(shí)鐘切換通過一個(gè)配置寄存器，可以在運(yùn)行的時(shí)候安全的切換時(shí)鐘源。新的時(shí)鐘源準(zhǔn)備好之前時(shí)鐘信號(hào)不會(huì)被切換。這個(gè)設(shè)計(jì)能夠保證無故障地切換時(shí)鐘。時(shí)鐘管理為了減少功耗，時(shí)鐘控制器可以關(guān)閉內(nèi)核、每個(gè)外設(shè)或存儲(chǔ)器的時(shí)鐘。主時(shí)鐘源4個(gè)不同的時(shí)鐘源可用來驅(qū)動(dòng)主時(shí)鐘。116MHZ的高速外部晶振HSE；最高至16MHZ的高速外部時(shí)鐘HSE；16MHZ高速內(nèi)部RC振蕩器HSI；128KHZ低速內(nèi)部RCLSI。啟動(dòng)時(shí)鐘復(fù)位之后，單片機(jī)默認(rèn)運(yùn)行在內(nèi)部2MHZ時(shí)鐘下HIS/8。一旦代碼開始運(yùn)行，應(yīng)用程序就可以更改預(yù)分頻比例和時(shí)鐘源。時(shí)鐘安全系統(tǒng)CSS這個(gè)功能可以用軟件打開。一旦HSE時(shí)鐘失效，CSS可以自動(dòng)地將主時(shí)鐘切換到內(nèi)部RC16MHZ/8，并且可以選擇產(chǎn)生一個(gè)中斷15。（5）定時(shí)器STM8提供三種類型的TIM定時(shí)器高級(jí)控制器TIM1、通用型TIM2/TIM3/TIM5和基本型定時(shí)器TIM4/TIM6。TIM1是一個(gè)寬范圍控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高端定時(shí)器，帶有互補(bǔ)輸出、死去控制和中心對(duì)齊的PWM功能，這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括馬達(dá)控制、照明和班橋驅(qū)動(dòng)等。是帶有16位預(yù)分頻的16位遞增、遞減和雙向遞增/遞減自動(dòng)重載計(jì)數(shù)器；擁有4個(gè)獨(dú)立的捕獲/比較通道CAPCOM，可配置成輸入捕獲，輸出比較，PWM產(chǎn)生邊沿或中心對(duì)齊模式和單脈沖模式輸出；具有使用外部信號(hào)控制定時(shí)器的同步模塊；可強(qiáng)制定時(shí)器輸出進(jìn)入預(yù)定狀態(tài)的剎車輸入；死區(qū)時(shí)間可調(diào)的3個(gè)互補(bǔ)輸出；具有3個(gè)輸入捕獲/輸出比較，1個(gè)溢出/更新，1個(gè)剎車中斷源。TIM2、TIM3是16位向上計(jì)數(shù)和自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器；是15位的預(yù)分頻器，分頻系數(shù)可調(diào)整為132768之間的2次冪數(shù)值；帶有3個(gè)或2個(gè)獨(dú)立可配置的捕獲/比較通道；中斷源有2個(gè)或3個(gè)輸入捕獲/輸出比較，1個(gè)溢出/更新。TIM4是8位自動(dòng)裝載可調(diào)整的預(yù)分頻器，比例可選1128之間2次冪數(shù)值；其時(shí)鐘源是CPU時(shí)鐘；中斷源只有1個(gè)溢出/更新15。（6）模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1STM8S105系列基礎(chǔ)型產(chǎn)品包括一個(gè)10位連續(xù)漸進(jìn)式模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1提供多達(dá)10個(gè)多路復(fù)用輸入通道，主要特點(diǎn)如下有輸入電壓范圍；轉(zhuǎn)換時(shí)間14個(gè)時(shí)鐘周期；具有單次和連0DAV續(xù)的以及帶緩沖的連續(xù)轉(zhuǎn)換模式；緩沖區(qū)大小位輸入通道數(shù)；10N可以對(duì)一系列的通道進(jìn)行單次或連續(xù)的掃描；帶有可編程上限或下限的模擬看門狗；可以用TIM1定時(shí)器觸發(fā)信號(hào)TRGO觸發(fā)。支持5種轉(zhuǎn)換模式,單次模式、連續(xù)模式、帶緩存的連續(xù)模式、單次掃描模式、連續(xù)掃描模式15。（7）通用輸入輸出口GPIO通用輸入/輸出口用于芯片和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)IO端口可以包括多達(dá)8個(gè)引腳，每個(gè)引腳可以被獨(dú)立編程最為數(shù)字輸入或者數(shù)字輸出口。另外部分口還可能會(huì)有如模擬輸入，外部中斷，片上外設(shè)的輸入/輸出等復(fù)用功能。但是在同一時(shí)刻僅有一個(gè)復(fù)用功能可以映射到引腳上。復(fù)用功能的映射是通過選項(xiàng)字節(jié)控制的。每個(gè)端口都分配有一個(gè)輸出數(shù)據(jù)寄存器，一個(gè)輸入引腳寄存器，一個(gè)數(shù)據(jù)方向寄存器，一個(gè)選擇寄存器，和一個(gè)配置寄存器，一個(gè)I/O口工作在輸入還是輸出是取決于該口的數(shù)據(jù)方向寄存器的狀態(tài)15。其主要功能有端口的各個(gè)位可以被單獨(dú)配置；可選擇的輸入模式浮動(dòng)輸入和帶上拉輸入；可選擇輸出模式推挽式輸出和開漏輸出；數(shù)據(jù)輸入和輸出采用獨(dú)立的寄存器；外部中斷可以單獨(dú)使能和關(guān)閉；輸出擺率控制用以減小EMC噪聲；片上外設(shè)的I/O口功能復(fù)用；當(dāng)作為模擬輸入時(shí)可以關(guān)閉輸入施密特觸發(fā)器來降低功耗；在數(shù)據(jù)輸出鎖存時(shí)支持讀修改寫；輸入兼容5V電壓；I/O口工作電壓范圍為16V到。MAXDIOV33熱端溫度測(cè)量模擬實(shí)現(xiàn)由于本文研究的主要內(nèi)容是熱電偶的冷端補(bǔ)償，為了突出工作重心，故將熱電偶測(cè)的熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)用一個(gè)虛擬信號(hào)代替。這樣就跳過了熱電偶熱端測(cè)溫的信號(hào)放大和濾波處理。用STM8的A/D模塊和外圍電位器來實(shí)現(xiàn)熱端電動(dòng)勢(shì)的模擬輸入。電位器接到STM8的A/D轉(zhuǎn)換器通道，通過控制電位器的變化來模擬熱電勢(shì)的變化，并通過A/D轉(zhuǎn)換器將電位器改變的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，這便是模擬出來的熱電偶測(cè)溫的熱電勢(shì)。0,ET34冷端溫度測(cè)量電路真正的熱電偶測(cè)溫時(shí)，熱電偶的冷端和熱端不在一個(gè)環(huán)境下。通常來說，熱電偶熱端去測(cè)被測(cè)物體時(shí)，為了使冷端保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度，會(huì)通過補(bǔ)償導(dǎo)線將冷端跟測(cè)量?jī)x器放到一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境下，一般是在溫度變化不大的室內(nèi)。所以再測(cè)量冷端溫度時(shí)，就可以用一個(gè)測(cè)溫范圍不用太大的溫度傳感器來測(cè)量；而在室內(nèi)，冷端溫度的穩(wěn)定也只是相對(duì)而言，在不同的時(shí)間段，室內(nèi)溫度會(huì)有差異，這就要求溫度傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)量溫度并傳送到單片機(jī)。故根據(jù)這些條件冷端溫度的測(cè)量選用了DHT11這一溫濕度傳感器，這里只用到它對(duì)溫度的采集。341DHT11工作原理（1）DHT11簡(jiǎn)介DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校對(duì)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保其具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相接。因此具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗、信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。（2）DHT11的工作原理DHT11是串行接口（單線雙向），DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4MS左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,