一種熱電偶溫度信號(hào)的采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及，尤其設(shè)及一種熱電偶溫度信號(hào)的采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱電偶是一種測(cè)溫傳感器，它直接測(cè)量溫度，并轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。兩種不同成份 的均質(zhì)導(dǎo)體接合在一起，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為冷端，冷端通常處于 某個(gè)恒定的溫度。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分度表。分度表是冷端 溫度在o°c時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。
[0003] 熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一 定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的環(huán)境溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一 定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償。
[0004] 熱電偶信號(hào)為毫伏弱小信號(hào)，傳統(tǒng)的采集處理電路在設(shè)計(jì)中稍有不慎就會(huì)引起信 號(hào)干擾抖動(dòng)，信號(hào)采樣精度低等各種問題，嚴(yán)重影響熱電偶采集處理的工作性能。因此熱電 偶信號(hào)的采集處理功能是熱電偶溫度信號(hào)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng) 的工作性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提出一種熱電偶溫度信號(hào)的采集方法。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種熱電偶溫度信號(hào)的采集方法，包括如下步驟： S1冷端補(bǔ)償步驟，采用冷端電橋補(bǔ)償電路對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行冷端補(bǔ)償，通過非平衡電 橋的電勢(shì)差來(lái)補(bǔ)償由冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化量； S2濾波步驟，采用RC低通濾波電路對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行濾波，將高頻雜波濾除； S3信號(hào)放大步驟，通過運(yùn)行放大器將熱電偶信號(hào)進(jìn)行放大； S4采集步驟，采用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行采集，并轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)； S5信號(hào)接收步驟，RISC嵌入式處理器接收溫度數(shù)字信號(hào)。
[0007] 進(jìn)一步地，所述步驟S1包括： S11冷端電橋補(bǔ)償電路中接入熱敏電阻； S12采集熱敏電阻阻值及溫度，繪制熱敏電阻阻值與溫度關(guān)系表； S13根據(jù)熱敏電阻阻值與溫度關(guān)系表繪制熱電偶分度表。
[000引進(jìn)一步地，所述步驟S11中，熱敏電阻由儀絲線繞電阻與儘銅絲線繞電阻串聯(lián)而 成。
[0009] 進(jìn)一步地，所述步驟S2中，RC低通濾波電路的截止頻率計(jì)算公式：f=l/23iRC。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中，通過運(yùn)行放大器將熱電偶信號(hào)放大100倍。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟S4中，A/D轉(zhuǎn)換器具有信號(hào)輸入保護(hù)電路。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： 熱電偶溫度信號(hào)的采集方法具有抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)采樣精度高，可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)，便 于實(shí)施。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明一種熱電偶溫度信號(hào)的采集方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明中冷端電橋補(bǔ)償電路的示意圖； 圖3是本發(fā)明中RC低通濾波電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明提供了一種熱電偶溫度信號(hào)的采集方法，如圖1所示為本發(fā)明的流程圖，其 包括如下步驟:冷端補(bǔ)償步驟，采用冷端電橋補(bǔ)償電路對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行冷端補(bǔ)償，通過非 平衡電橋的電勢(shì)差來(lái)補(bǔ)償由冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化量;濾波步驟，采用RC低通 濾波電路對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行濾波，將高頻雜波濾除;信號(hào)放大步驟，通過運(yùn)行放大器將熱電 偶信號(hào)進(jìn)行放大;采集步驟，采用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行采集，并轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信 號(hào);S5信號(hào)接收步驟，RISC嵌入式處理器接收溫度數(shù)字信號(hào)。
[0015] 更細(xì)化的，冷端補(bǔ)償步驟包括，冷端電橋補(bǔ)償電路中接入熱敏電阻;采集熱敏電阻 阻值及溫度，繪制熱敏電阻阻值與溫度關(guān)系表;根據(jù)熱敏電阻阻值與溫度關(guān)系表繪制熱電 偶分度表。其中，熱敏電阻由儀絲線繞電阻與儘銅絲線繞電阻串聯(lián)而成。濾波步驟中，RC低 通濾波電路的截止頻率計(jì)算公式：f=l/2地C。信號(hào)放大步驟中，優(yōu)選為通過運(yùn)行放大器將 熱電偶信號(hào)放大100倍。采集步驟中，A/D轉(zhuǎn)換器具有信號(hào)輸入保護(hù)電路。
[0016] W下為對(duì)本方案的原理闡述:熱電偶信號(hào)采集與顯示是溫度信號(hào)處理中重要的組 成部分，本文從新的角度闡述了熱電偶信號(hào)的采集方法。熱電偶信號(hào)采集首先需要進(jìn)行冷 端補(bǔ)償，采用熱敏電阻與非平衡電橋?qū)崿F(xiàn)熱電偶信號(hào)的冷端補(bǔ)償，冷端電橋補(bǔ)償電路利用 不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)差來(lái)補(bǔ)償由冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化量，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，補(bǔ)償精度較高。其次采用低失調(diào)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)熱電偶信號(hào)的放大處理，需經(jīng)RC低通濾 波電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，增加前端信號(hào)處理電路的抗干擾能力。再采用12位A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)熱 電偶信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，完成熱電偶信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端增加輸入 保護(hù)電路，避免器件發(fā)生過電應(yīng)力損壞。最終采用FPGA的內(nèi)嵌NIOSn軟核作為RISC嵌入式 處理器，具有高度的靈活性和可配置性。
[0017] 對(duì)本發(fā)明的采集方法中各步驟的進(jìn)一步細(xì)化描述： 首先針對(duì)冷端補(bǔ)償步驟，熱電偶輸出電勢(shì)是兩結(jié)點(diǎn)溫度差的函數(shù)。為了使熱電偶輸出 的電勢(shì)是被測(cè)溫度的單一函數(shù)，通常將熱電偶冷端保持為〇°C，并且各種型號(hào)的熱電偶分度 表所列數(shù)值均W冷端溫度〇°C為基準(zhǔn)而制成的。但在實(shí)際中做到運(yùn)一點(diǎn)很困難，于是就產(chǎn)生 了熱電偶冷端補(bǔ)償問題。
[0018] 電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)差來(lái)補(bǔ)償由冷端溫度變化而引起的熱 電勢(shì)變化量。具體的如圖2所示，冷端電橋補(bǔ)償電路，電阻R1、R2、R3和限流電阻Rg是用溫度 系數(shù)小的高精度電阻組成，Rx是用電阻溫度系數(shù)較大的熱敏電阻組成，采用非平衡電橋冷 端補(bǔ)償法，其熱敏電阻的使用變得尤為重要。熱敏電阻是由儀絲線繞電阻與儘銅絲線繞電 阻串聯(lián)而成，其阻值為兩線繞電阻阻值之和，包含兩線繞電阻間連接導(dǎo)線的阻值。熱敏電阻 是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行阻值變化的，即熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性。因此， 只要測(cè)量出熱敏電阻的阻值變化，就能夠測(cè)量出環(huán)境溫度的變化。熱敏電阻是把溫度變化 轉(zhuǎn)換為電阻值變化的器件，通常需要把電阻信號(hào)通過導(dǎo)線傳遞到熱電偶溫度信號(hào)采集裝 置。
[0019] 當(dāng)環(huán)境溫度為(TC時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。a、b兩點(diǎn)電位相等，無(wú)電壓差輸出，此時(shí) 補(bǔ)償電橋?qū)犭娕蓟芈返臒犭妱?shì)毫無(wú)影響。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，熱電偶的冷端和熱敏電阻 Rx感受相同的溫度變化，從而Rx電阻值也隨溫度而改變，使電橋失去平衡，有不平衡電勢(shì)差 AE1輸出；與此同時(shí)，冷端溫度的變化使熱電偶的電勢(shì)值隨之變化ΔΕ2。設(shè)置電橋補(bǔ)償電路 中的各電阻值，可W設(shè)計(jì)出AE1與ΔΕ2數(shù)值相等、極性相反，則疊加后互相抵消，因而起到 冷端溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br>[0020] 具體實(shí)施例中，冷端電橋補(bǔ)償電路均采用高精度低溫漂電阻，選用橋臂電阻R1、 R2、R3為90.1 Ω，限流電阻為5.4K Ω，電壓源為2.5V。當(dāng)熱敏電阻Rx為90.1 Ω時(shí)，補(bǔ)償電橋兩 點(diǎn)的電壓差化-郵輸出為0,電橋平衡。因此推導(dǎo)出電橋的平衡溫度為〇°C時(shí)，電橋平衡，冷端 補(bǔ)償電壓差為