基于数字式温度传感器的温度检测仪
温度是表征物体冷热程度的物理量。一般说来，温度是指用温度计对一个物体的热的程度或冷的程度的度量。它是物体内分子间平均动能的一种表现形式。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标等。华氏温标（℉）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为摄氏1度，符号为℉。摄氏温标（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为℃。热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。
热电偶温度计是指用热电偶作为感温组件，配上适当的电测仪表和其它构件的整个系统。由于其测温准确，结构简单，使用方便，故在工业和科学研究的温度测量和控制中得到了广泛应用。迄今为止，人类研究和使用过的热电偶有300多种，其中的8种已经大批量投入生产和使用，成为国际标准化产品。工业热电偶的测温范围，从一270℃到2500 ℃，几乎覆盖了整个工程领域的测温范围，测温精度可达0.1。目前约有50%的工程温度测控工作是用热电偶来完成的，特别是在钢铁、有色金属、火力发电站、航空发动机、原子能反应堆、石油精炼、化工、机械热处理等高温领域中，热电偶是最主要的测温手段。在一些实验室中，铂锗系列热电偶在300 ℃至-1600℃的温区内被用作温度标准器和精密温度计。由此可见，热电偶在现代温度测量科学和控制工业中占有十分重要的地位[1]。
本设计就是基于上述情况，以工业上广泛应用的标准热电偶为研究对象，着重介绍以热电偶为测温元件的数字温度检测仪。
第2章 温度传感器概述
2.1 传感器的定义及组成
信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。
传感器——能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感组件和转换组件组成。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感组件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。
图2-1 传感器组成方框图
敏感组件指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分。
转换组件指传感器中能将敏感组件感受(或响应)的被测量转换成适合于传输和(或)测量的电信号的部分。
当输出为规定的标准信号时，则一般称为变送器。
最简单的传感器是由一个敏感组件(兼转换组件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电阻、热电偶等。
2.2 温度传感器的选择
温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。2.模拟集成温度传感器/控制器。3.智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。
温度传感器的种类，如果按测量方法可分为接触式和非接触式测温两大类。接触式是被测对象与测温元件有部分的接触，使两者处于同一温度，即根据测温元件的温度就可知道被测对象的温度；非接触式测温是利用被测对象的辐射充分传到测温元件来测量温度的，由于测温元件与被测对象不接触，因此两者不必是同一温度，只要看到被测对象就可进行测量。本设计采用的测量方法为接触式。
常用的温度传感器元件有很多种，比如热电阻式、热敏电阻式和热电偶式。其中，热电偶式温度传感器与其他传感器相比，它的优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50至+1600℃均可边续测量。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。本设计采用热电偶式温度传感器作为测温元件，其原理将在第四章硬件设计部分作具体介绍。304
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