1 导言
温度在工农业出产中是用的最多的热工量,热电偶作为一种触摸式温度传感器因为其结构简略,测温规模宽,精度高级长处,所以在工业温度丈量中广泛使用。但在热电偶的运用中,需 处理两方面的问题:一是需对热电偶的冷端进行温度补偿。二是对热电势和温度的非线性处理。本文运用美国MAXIM公司出产的K型温度补偿器MAX6675来完成冷端的温度补偿,用二 次插值的办法对热电势和温度的非线性进行处理,实践证明,该办法精度高、可靠性好。
2 热电偶冷端温度补偿电路
具有冷端补偿的单片K型热电偶放大器与数字转化器MAX6675内部自带冷端温度补偿、线性校对、A/D转化器、热电偶断线检测等功能,它将温度丈量值转化为单片机能辨认的16 位二进制数字温度读数,其测温规模为0~1023.75℃,转化精度为0.25℃,冷端温度的补偿规模为-20~+85℃,作业电压为3.0~5.5V,当冷端温度动摇时,MAX6675仍能准确检测热端的温度改变[2,4]。在运用中仅需2线SPI串行接口,与单片机衔接十分便利。这儿以AT89C52单片机为例,给出MAX6675与单片机接口构成的测温电路,接口如图1所示[1]。
3 软件的非线性处理
对热电偶得到的非线性信号的处理选用查表和程序核算的办法来处理,由拟和理论可知,对非线性信号可用多项式y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn来拟和,且多项式次数越高,精度也越高。但在实践的智能测温体系中,因为受速度和存储容量的约束,只能选用有限次拟和。本文依据热电偶的热电势与温度曲线,提出用二次插值的办法(即取多项式前三项)来对非线性进行处理,其办法是先在存储器中存入热电势和温度的序列表(e0, t0)(e1, t1)(e2, t2)(e3, t3)……(en, tn)关于恣意的热电势e,假定经过程序可判别它在热电势和温度序列中的方位为ei≤e≤ei+1≤ei+2(0≤i≤n-2)则对应的温度t可由下式核算
出温度值。因为在(ei,ei+2)内,将信号拟组成抛物线,更接近于电势与温度的实践,所以拟和的精度大大的进步,一起在相同的精度下,变量序列的步长获得相对较大,这样可大大紧缩表 格的数据量,然后极大节省了内存空间。本文以K型镍铬—镍硅为例,每50℃存储一个热电势值(uV),若测温规模为-50~+1100℃,存储的热电势值依次为:-1889,0,2022,4095,6137,8137, 10151, 12207, 14292, 16395, 18513, 20640, 22772, 24902,27022,29128, 31214, 33277, 35314, 37325, 39310, 41269, 43202,45108[3]。表1是对部分热电势的核算结果,由此可以看出,二次插值精度远远高于一维插值精度。
4 软件设计
体系启动后,首先将加热炉等设备的设定温度经过键盘接口送入单片机的寄存器,然后读取MAX6675的测温数据,16位的输出数据高位在前,低位在后,然后用二次插值的办法核算出当时温度值,并与体系设定温度进行比较,若当时温度是设定温度则显现,若超出设定温度,则驱动温度操控电路动作。软件程序流程如图2所示。
5 结束语
用MAX6675作为热电偶的冷端温度补偿器,不只电路结构简略,并且转化精度高,用二次插值理论对非线性处理精度高,差错小于0.1℃,使用本办法在实验室经过对2KW电阻炉的炉温操控测验,作用很好,假如选用DSP芯片作用会更好。此办法可广泛使用于电子丈量和工业外表等范畴的温度丈量。
