文档介绍：任务书
课程传感器课程设计
题目热电偶测温系统设计
主要容：
本系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模 /数转换器和高精度数 /模转换
器，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、 AD 转换和对线性化处理的数据转
换，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。
基本要求：
1、按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；
2、利用热电偶和单片机等设计一种热电偶测温系统电路。
3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原
理、注明元器件选取参数、进行方案比较。
主要参考资料：
志尚 . 温度计量与测试 [M]. ：中国计量， 1998．
茂泰 . 智能仪器原理及应用 [M]. : 电子工业， 2007.
杰，黄鸿 . 传感器与检测技术 [M]. : 高等教育， 2006.
华东 . 单片机原理与应用 [M]. : 电子工业， 2006.
完成期限
指导教师
专业负责人
2016年5月7日
摘要
在现代化的工业现场 , 常用热电偶测试高温 ,测试结果送至主控机。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、温度测量围宽等优点，适用于信号的远传、自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈非
线性关系 , 所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该测温系统通过高精度模 /数转换器 AD7705对热电偶电动势进行采样、放大 , 并在单片机采用一定算法实现对热电偶的线性化处理 , 再通过数 /模转换器 AD421 进行数 /模转换产生 4 mA~ 20mA 的电流 , 送入主控中心。
关键词：热电偶；线性化； AD 转换； DA 转换；单片机
目录
一、设计要求 0
二、设计方案及其特点 0
1、方案说明 0
2、方案论证 1
三、传感器工作原理 1
四、电路的工作原理 2
五、单元电路设计、参数计算和器件选择 2
1、单元电路设计 3
2、参数计算 4
3、器件选择 5
六、总结错误! 未定义书签。
参考文献错误! 未定义书签。
热电偶测温系统设计
一、设计要求
以单片机为核心，进行对系统控制和线性化算法的运算，使 A/D 转换精度更
好；在算法处理上，使用最佳计算方法，使得线性化算法达到运算量小、处理速
度快、占用存小等要求，并使该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题。
二、设计方案及其特点
本设计是基于 STC89C52 单片机的硬件设计。对于系统可分为下面两种不同的设计方案：
1、方案说明
方案一：系统由Ｋ型热电偶和集成温度传感器 AD590 测量热端和冷端温度，
采用 USB采集卡实现信号采集并传输给计算机。根据热电偶中间温度定律 [1] ，编制
软件采用查表和曲线拟合进行非线性校正及冷端补偿。利用 LabVIEW 的数据存储、读取、分析函数，实现温度趋势曲线和统计直方图的绘制 [2] 。本系统将滤波、非线
性和冷端补偿等功能由软件实现，简化了电路设计，提高了系统的稳定性和测量
精度，但成本较高。
热电偶
补偿导线
热端
放大
USB数据
计
冷端
算
D590
放大
采集卡
机
A
图 1 方案一原理框图
方案二：控制电路以单片机为中心，控制其他部分完成各自的功能。其中模 /
数转换部分采用 16位高精度 AD 转化器 AD7705，采用自校准，提高其抗干扰能力和
精度；数 /模转换部分采用高精度 DA 转换器 AD421 ，在电路设计上，采用光隔离，
控制 AD421 完成其功能， AD421 为16位高精度数 /模转换器，它将来自单片机线性
化处理后的数据进行 DA