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概述利用K型熱電偶研發的高精度測溫裝置

發布日期：2014-12-19 來源：作者：瀏覽次數：

【導讀】：熱電偶是在科研和生產過程中進行溫度測量時應用最普遍、最廣泛的測溫元件，具有結構簡單、使用方便、測溫精度高等特點。但熱電偶輸出電勢極其微弱，而且冷端溫度誤差和輸出......

熱電偶是在科研和生產過程中進行溫度測量時應用非常普遍、非常廣泛的測溫元件，具有結構簡單、使用方便、測溫精度高等特點。但熱電偶輸出電勢極其微弱，而且冷端溫度誤差和輸出電勢與被測溫度的非線性容易引起較大測量誤差。基于此，以ARM 微處理器作為裝置的控制核心，ADS1148 作為測溫專用數據采集器，可以設計一種基于K 型熱電偶的高精度測溫裝置。該裝置

具有可靠性好、抗干擾能力強、測溫精度高等優點。

1 裝置工作原理

如圖1 所示，主控MCU 收到指令后完成對4路溫度傳感器信號的采集控制，讀取冷端補償溫度和ADC 芯片的轉換結果后，把溫度數據經過編碼、轉換、存儲到寄存器中，并通過串口將數據上傳到計算機中，在計算機中通過上位機讀取各通道的溫度值并顯示。

該裝置的主控MCU 采用的是意法半導體公司設計的STM32F103RET6，它是基于ARM Cortex-M3內核的32 位微處理器。TI 公司的ADS1148 是高度集成的16 位精密ADC 芯片，ADS1148 模數轉換芯片屬于測溫專用數據采集器[4]。主控MCU 負責對整個裝置進行控制，與信號采集芯片ADS1148 之間采用SPI 總線進行通信，一片ADC 可以外接4 路差分形式輸入的模擬信號。

1.1 熱電偶測溫原理

2種不同材質的導體A、B 組成的閉合回路就構成了熱電偶，同一導體當其兩端存在溫度差時，回路中就會產生電流，此時兩端之間就存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。熱電偶兩端為2 個熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為冷端（自由端），冷端通常處于某個恒定的溫度。根據中間溫度定律得出：

式中：EAB（t，0）為補償后的熱電偶電動勢；EAB（t，t0）為通過測量得出的熱電勢；EAB（t0，0）為冷端溫度t0相對0 ℃時的熱電勢。

1.2 冷端補償電路

冷端溫度補償選用MAX6627 芯片來實現，它和外部雙極型晶體管組成溫度采集器。由晶體管感應外部溫度變化，并將溫度信號轉換為電流信號，將電流差分信號作為輸入信號，經過ADC 將溫度轉換為16 位的數字信號，精度為0.0625 ℃，由SPI 口串行輸出，可測溫度范圍為-50 ℃～+150 ℃。應用原理圖如圖2 所示。