專利名稱：一種熱電偶溫度變送器及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于溫度測量領(lǐng)域，具體涉及一種利用熱電偶測量溫度的變送器。
背景技術(shù)：
工業(yè)過程溫度的測量通常使用溫度變送器，目前高溫測量普遍使用熱電偶溫度變 送器，變送器的輸出為模擬電信號，有4 20mA、l 5V、0 5V等標(biāo)準(zhǔn)。由于熱電偶產(chǎn)生 的熱電動勢為mV數(shù)量級，且與溫度之間關(guān)系是非線性的，需要放大及非線性補(bǔ)償，由于環(huán) 境溫度不為0°C，還需要冷端溫度補(bǔ)償，目前市場上的熱電偶溫度變送器，內(nèi)部為模擬電路， 變送精度不高；同時輸出的模擬信號在傳輸中易受到干擾，信號傳到測控設(shè)備后，還需要轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決背景技術(shù)中存在的問題，提供一種采用K型熱電偶為傳感器 的溫度變送器，它采用軟件對熱電偶的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，并直接輸出溫度數(shù)字值。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種熱電偶溫度變送器，其特征在于包括K型熱電偶、K型 熱電偶信號處理集成電路、單片機(jī)、TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路。所述的K型熱電偶信號處理集成電路與K型熱電偶連接，用于K型熱電偶冷端溫 度補(bǔ)償、熱電動勢的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。所述的單片機(jī)與K型熱電偶信號處理集成電路連接，用于讀取K型熱電偶信號處 理集成電路模/數(shù)轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)，計(jì)算出K型熱電偶的熱電動勢值，查K型熱電偶分度表， 用線性插值法精確地計(jì)算出溫度數(shù)值，并以串行方式輸出。所述的TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，用于將單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn) 換為RS485電平。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，優(yōu)點(diǎn)在于采用軟件對熱電偶的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，以數(shù) 字量形式串行輸出溫度數(shù)值，消除了模擬信號在傳輸中引起的誤差，提高了測量精度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電路原理圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的子程序流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的主程序流程圖。圖1中1. K型熱電偶；2. K型熱電偶信號處理集成電路；3.單片機(jī)；4. TTL/RS485 電平轉(zhuǎn)換電路。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種熱電偶溫度變送器，如附圖1所示，包括K型熱電偶1、K型熱電偶信號處理集成電路2、單片機(jī)3、TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路4。K型熱電偶信號處理集成電路2可選美國MAX頂公司生產(chǎn)的MAX6675，它內(nèi) 部帶有冷端溫度補(bǔ)償，熱電動勢摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以把熱電動勢值轉(zhuǎn)換成12位ニ進(jìn)制 數(shù)，通過SPI串行ロ輸出，熱電動勢與轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)的關(guān)系熱電動勢值=轉(zhuǎn)換出的數(shù) 據(jù) X10. 25u V(10. 25u V/LSB)。附圖I中，Ul為MAX6675，K型熱電偶的“ + ”、“-”端分別與MAX6675的“T+”、“T_” 端連接，MAX6675的的cs、SCK、SO(SPI串行ロ )分別與單片機(jī)的3個I/O管腳連接。單片機(jī)3可選內(nèi)部集成有FlashROM、EEPROM的8位或32位單片機(jī)。附圖I中，U2為單片機(jī)3，型號STC15F104E，它內(nèi)部集成有4KB FlashROM、 1KBEEPR0M以及時鐘、復(fù)位電路，對外有8個管腳。K型熱電偶的分度表存儲在單片機(jī)3的FlashROM存儲器中。采用間隔1°C的K型 熱電偶分度表，溫度范圍0 1023°C，表中每I個熱電動勢數(shù)據(jù)為16位ニ進(jìn)制數(shù)，其中6位 存儲毫伏值的整數(shù)部分，10位存儲毫伏值的小數(shù)部分。例如溫度500°C的熱電動勢值為 20. 644mv，毫伏值的整數(shù)部分為20，對應(yīng)的ニ進(jìn)制數(shù)010100 ;毫伏值的小數(shù)部分644，對應(yīng) 的ニ進(jìn)制數(shù)1010000100，其存儲示意如下。
字節(jié)I字節(jié)2位數(shù)D15D|4D13D12D11DioD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0ニ進(jìn)制數(shù)0I0I00I0I0000I00十進(jìn)制數(shù)206414上述0 1023°C的分度表，以常量數(shù)組形式存放，占用單片機(jī)3片內(nèi)FlashROM 2KB空間。實(shí)施例中使用單片機(jī)3的I個I/O引腳(P3.0)模擬串行輸出接ロ，輸出格式為 一幀數(shù)據(jù)10位I個起始位、8個數(shù)據(jù)位、I個停止位，波特率1200bps，每位傳送時間為 833 u S0附圖2為串行輸出一字節(jié)數(shù)的子程序流程圖。附圖I中，U3為TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路4，型號為MAX487, MAX487的DI引腳為 TTL電平輸入端，與單片機(jī)3的模擬串行輸出引腳(P3. 0)相連，MAX487的引腳A、B為RS485 電平輸出端，通過接線端子Jl與測控設(shè)備相連接，附圖I中Rl為匹配電阻，阻值為120 Q。附圖I中，MAX6675、STC15F104E、MAX487的電源，均采用直流5V電源供電。附圖3為主程序流程圖，一種熱電偶溫度變送器的實(shí)現(xiàn)方法，主要包括以下步驟步驟ー由單片機(jī)讀取MAX6675輸出的熱電動勢模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)值，保存在變量
TData中；利用公式ち=--計(jì)算熱電動勢值Ex ；步驟ニ 查表確定Ex在K型熱電偶分度表中位置，得到Ex的前后邊界值も、E1，及 E0所對應(yīng)的溫度值Ttl ；例如若TData 為 2443，計(jì)算 Ex = 25. 04ImV ；查表得E0 為 25. 033mV(603°C )、E1 為 25. 075mV(604°C )；步驟三利用線性插值公式T+IijiIh十算測量溫度值；
~-ljO
( ±Mi+# :T = 603. 19°C )#mm jWXtl/lWl^I/O^IJW (P3.0) ^^#￥l200bps$íffédj^ítT, 7V 2 ^ t , 'bikffift i ^l o
權(quán)利要求
1.一種熱電偶溫度變送器，其特征在于 (1)包括K型熱電偶(I)、K型熱電偶信號處理集成電路(2)、單片機(jī)(3)、TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路⑷； (2)采用直流5V電源供電，以串行方式輸出溫度數(shù)值； (3)所述的K型熱電偶信號處理集成電路⑵的型號為MAX6675，K型熱電偶⑴與MAX6675的第2、3引腳連接，MAX6675的5、6、7引腳與單片機(jī)(3)的3個I/O引腳連接，單片機(jī)(3)的I個I/O引腳與TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路(4)連接； (4)所述的單片機(jī)(3)片內(nèi)部FlashROM或EEPROM中存儲有K型熱電偶分度表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熱電偶溫度變送器，其特征在于K型熱電偶分度表存放方式為每I個熱電動勢數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制數(shù)，其中6位存儲毫伏值的整數(shù)部分，10位存儲毫伏值的小數(shù)部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種熱電偶溫度變送器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一讀取MAX6675輸出的熱電動勢模/數(shù)轉(zhuǎn)換值，保存在變量TData中；利用公式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱電偶溫度變送器及實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括K型熱電偶、K型熱電偶信號處理集成電路、單片機(jī)、TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路；K型熱電偶、K型熱電偶信號處理集成電路、單片機(jī)、TTL/RS485電平轉(zhuǎn)換電路順次連接；單片機(jī)內(nèi)存儲有K型熱電偶的分度表，單片機(jī)通過讀取K型熱電偶信號處理集成電路模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，計(jì)算出熱電動勢值，查K型熱電偶分度表并線性插值法精確地計(jì)算出溫度數(shù)值，并以串行方式輸出溫度數(shù)值。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于采用軟件對熱電偶的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，以數(shù)字量形式串行輸出溫度數(shù)值，消除了模擬信號在傳輸中引起的誤差，提高了測量精度。
文檔編號G01K7/02GK102661814SQ201210146340
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者徐美風(fēng), 李耀, 章磊, 賀龍豹, 邵文莎 申請人:南京財(cái)經(jīng)大學(xué)