热电偶测温原理图.docx
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热电偶测温原理图
课题名称：
电加热开水炉温度检测
实训报告书
-专业系：
电气工程系1
班级：
铁道自动化102班
设计课题：
热电偶测温系统
学生姓名：
吴利武李朝晖
田琪李彬袁勇
指导老师：
胡国良老师完成日期：
2012-04
第一章绪论-1-
第二章实验的目的及原理-2-
2.1实验目的-2-
2.2实验原理-2-
2.3实验计划-2-
第三章热电偶传感器-3-
3.1热电偶工作原理：
-3-
3.2热电偶优点：
-3-
3.3热电偶的种类及结构：
-3-
3.4热电偶冷端的温度补偿-5-
第四章系统元件介绍-8-
4.1LED介绍-8-
4.2LM324简介-11-
4.3ICL7107介绍-12-
第五章热电偶测温不准的原因及处理方法-14-
5.1热电偶的补偿导线接反-14-
5.2热电偶的补偿导线绝缘层磨破，造成信号回路接地-14-
5.3端子接触不良-14-
5.4补偿电阻故障-14-
5.5锅炉尾部烟道热电偶故障率较高-14-
5.6接地不良-14-
第六章调试过程-15-
6.1具体过程-15-
6.2试注意项-15-
6.3实验数据-17-
第七章小组实训总结-19-
第一章绪论
温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如：
物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。
热电偶是利用导体的电阻率随温度的变化这一物理现象来测量温度的，在生
产、科研和农业中需要测量和控制用途较为广泛，具体应用于在建材、化工、石油、制造、农业以及日常生活等领域中。
温度量得测量与控制也是随处可见，而本次实训就是以以小见大的形式来体现其功能以及应用。
我们的实训采用电加热开水炉来体现热电偶的应用，将单纯的理论知识与实践紧密结合。
电加热开水炉测温系统由测量放大电路、A/D转换电路和显示电路三部门构成，由简单的电路来实现测温效果。
现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上取决于所用传感材料的物理特性，要得到好
的检测工具，我们必须选择适当的传感器。
所以，我们要使传感器技术和检测技术更好的结合起来，共同提高科学技术的发展。
第二草实验的目的及原理
2.1实验目的
1）了解热电偶测温的原理、方法及注意事项
2）了解热电偶测温系统的焊接和调试方法及注意事项
3）掌握热电偶测温系统的基本配置和应用
2.2实验原理
由热电偶热电效应产生的电流经电路处理转变成电压信号，并经过二级放大，放大至正比与温度的电压，送至ICL710731#脚，最后由数码管显示热电偶测量到的温度值。
热电偶测温系统原理图
2.3实验计划
1）了解清楚热电偶测温系统原理图并焊接好实验板
2）检查好板子直至没有问题，做好调试的准备
3）对热电偶测温系统进行调试
4）调试成功后记录好实验数据
5）做好实验任务书及实验总结
第三章热电偶传感器
3.1热电偶工作原理：
热电偶是一种感温元件，它把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在塞贝克电动势一一热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。
两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。
根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶
分度表；分度表是自由端温度在0C时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点
的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。
因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。
3.2热电偶优点：
热电偶是工业中常用的温度测温元件，具有如下特点：
1测量精度高：
热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响。
2热响应时间快：
热电偶对温度变化反应灵敏。
3测量范围大：
热电偶从-40~+1600C均可连续测温。
4性能可靠，机械强度好。
5使用寿命长，安装方便。
3.3热电偶的种类及结构：
（1）热电偶的种类
热电偶有K型（镍铬-镍硅）WRN系列，N型（镍铬硅-镍硅镁）WRM系列，E型（镍铬-铜镍）WRE系列，J型（铁-铜镍）WRF系列，T型（铜-铜镍）WRC系列，S型（铂铑10-铂）WRP系列，R型（铂铑13-铂）WRQ系列，B型（铂铑30-铂铑6）WRR系列等。
（2）热电偶的结构形式：
热电偶的基本结构是热电极，绝缘材料和保护管；并与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。
在现场使用中根据环境，被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。
热电偶简单分为装配式热电偶，铠装式热电偶和特殊形式热电偶；按使用环境细分有耐高温热电偶，耐磨热电偶，耐腐热电偶，耐高压热电偶，隔爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环硫化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极焙烧炉用热电偶，高温热风炉用热电偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温盐浴炉用热电偶，铜、铁及钢水用热电偶，抗氧化钨铼热电偶，真空炉用热电偶，铂铑热电偶等
3.4常用热电偶
适于制作热电偶的材料有300多种，其中广泛应用的有40~50种。
国际电工委员会向世界各国推荐8种热电偶作为标准化热电偶•
我国标准化热电偶也有8种。
分别是：
铂铑10-铂（分度号为S）、铂铑13-铂（R）、铂铑30-铂铑6（B）、镍铬-镍硅（K）、镍铬-康铜（E）、铁-康铜（J）、铜-康铜（T）和镍铬硅-镍硅（N）。
1）ICL7107的简介
ICL7107是美国Intersil公司专为数字仪表生产的数字仪V为满幅输入电
压一般取200mV或2VINFS表专用芯片。
该芯片集成度高,转换精度高,抗干扰能力强,输出③积分电容CINT可直接驱动发光数码管，只需要很少的外部元件，就可以构成数积分电容取值用下式估算：
字仪表模块。
ICL7107芯片用在X线机毫安显示电路中,能使毫CINT=4000XIINT/foscXVIS安读数显示电路做到使用元件少,可靠性高,调试维修方便。
V为积分器输出幅度。
IS1ICL7107芯片简介④自动稳零电容CAZIC17107是双积分式3位半模数转换器,ICL7107集成电自动稳零电容CAZ大小的选择依系统允许引入的噪声为路内…
传统的数字显示测量仪表以集成芯片（比如ICL7107芯片）集成显示为主，或者进行A/D转换后,简单地用单片机技术实现数字显示，单片机技术只是运用于简单的显示作用.由于随着计算机辅助教学在电工电子等教学设备的应用，迫切要求教学设备的硬件结构符合计算机双向控制的要求•特别是在测量仪表上，运
用大量的单片机技术可以使许多功能简单实现。
2）辨认引脚
芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。
也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。
许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
ICL7107（PDIP）
TOPVIEW
3.5热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。
必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。
因此,
还需采用其他修正方法来补偿冷端温度tOY时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100C。
常用热电偶的补偿导线列于表3-1中。
表3-1常用热电偶的补偿导线
配用
热电偶分
度号
补偿
导线型号
补偿导线
正极
补偿导
线负极
补偿导线在100C的热电势
允许误差，mV
材料
颜色
材料
颜色
A（精密
级）
B（精密级）
S
SC
铜
红
铜镍
绿
0.645±0
.023
0.645±0.03
7
K
KC
铜
红
铜镍
蓝
4.095±0
.063
4.095±0.10
5
K
KX
镍铬
红
镍硅
黑
4.095±0
.063
4.095±0.10
5
E
EX
镍铬
红
铜镍
棕
6.317±0
.102
6.317±0.17
0
J
JX
铁
红
铜镍
紫
5.268±0
.081
5.268±0.13
5
T
TX
铜
红
铜镍
白
4.277±0
.023
4.277±0.04
7
注：
补偿导线型号头一个字母与热电偶分度号相对应；第二个字母字X表
示延伸型补偿导线，字母C表示补偿型补偿导线。
1、冷端温度校正法
因各种热电偶的分度关系是在冷端温度为0C时得到的，如果测温热电偶的
热端为t°C,冷端温度tv>0C（t0>0C），就不能用测得的E（t,t0）去查分度表得t,必须根据下式进行修正：
式中：
E（t,0）--冷端为0C而热端为tC时的热电势；E（t,t0）--冷端为t0C而热端为tC时的热电势；E（t0,0）--冷端为0C时应加的校正值。
2、仪表机械零点调整法
对于具有零位调整的显示仪表而言，如果热电偶冷端温度t0较为恒定时，
可采用测温系统未工作前，预先将显示仪表的机械零点调整到t0C上，这相当于
把热电势修正值E（t0,0）预先加到了显示仪表上，当此测量系统投入工作后，显示仪表的示值就是实际的被测温度值。
3、补偿电桥法
当热电偶冷端处温度波动较大时，一般采用补偿电桥法，基测量线路如图3-1所示。
补偿电桥法是利用不平衡电桥（又称冷端补偿器）产生不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。
第四章系统元件介绍
4.1LED介绍
LED数码管（LEDSegmentDisplay^是由多个发光二极管圭寸装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。
位数有半位，1,2,3,4,5,6，8，10位等等....，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。
图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。
颜色有红，绿，蓝，黄等几种。
LED数码管广
泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。
选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。
下面将介绍常用LED数码管内部引脚图。
A
图1引脚定义
每一笔划都是对应一个字母表示DP是小数点数码管分为共阳极的LED数码管、共阴极的LED数码管两种。
下图例举的是共阳极的LED数码管，共阳就是7段的显示字码共用一个电源的正。
led数码管原理图示意：
图2引脚示意图
从上图可以看出，要是数码管显示数字，有两个条件：
1是要在VT端（3/8脚）加正电源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp端接低电平或“0”平。
这样才能显示的。
共阳极LED数码管的内部结构原理图图4：
2十c+jd*e+-'斛dm
喙臥疼vr拓
6e
图3共阳极LED数码管的内部结构原理图
共阴极LED数码管的内部结构原理图：
O\"T-
b+Je（K4m-1fi-'晋心dp-
、严,"W，*^V>'ffl>*^°\|f'■
图4共阴极LED数码管的内部结构原理图
表1.1显示数字对应的二进制电平信号
显
示
数字
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
1
1
0
1
3
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
1
0
0
1
1
5
1
0
1
1
0
1
1
6
0
0
1
1
1
1
1
7
1
1
1
0
0
0
0
8
1
1
1
1
1
1
1
9
0
0
0
1
1
0
1
LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态
式和动态式两类
A、静态显示驱动:
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位转换器进行驱动。
静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5X8=40根I/O口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O口才32个呢。
故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。
B、动态显示驱动：
数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱
动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另
外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O
线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COK端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数
码管就不会亮。
透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1〜2ms，
由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同
时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且
功耗更低。
4.2LM324简介
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相
互独立。
每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入的位相反；v1+（+）为同相
4.3ICL7107介绍
ICL7107是美国Intersil公司专为数字仪表生产的数字仪V为满幅输入电
压一般取200mV或2VINFS表专用芯片。
该芯片集成度高,转换精度高,抗干扰能力强,输出③积分电容CINT可直接驱动发光数码管，只需要很少的外部元件，就可以构成数积分电容取值用下式估算：
字仪表模块。
ICL7107芯片用在X线机毫安显示电路中,能使毫CINT=4000XIINT/foscXVIS安读数显示电路做到使用元件少,可靠性高,调试维修方便。
V为积分器输出幅度。
IS1ICL7107芯片简介④自动稳零电容CAZIC17107是双积分式3位半模数转换器,ICL7107集成电自动稳零电容CAZ大小的选择依系统允许引入的噪声为路内…
传统的数字显示测量仪表以集成芯片（比如ICL7107芯片）集成显示为主，或者进行A/D转换后,简单地用单片机技术实现数字显示，单片机技术只是运用于简单的显示作用.由于随着计算机辅助教学在电工电子等教学设备的应用，迫切要求教学设备的硬件结构符合计算机双向控制的要求•特别是在测量仪表上，运
用大量的单片机技术可以使许多功能简单实现。
2）辨认引脚
芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。
也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。
许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
3）牢记关键点的电压
芯片第一脚是供电，正确电压是DC5V。
第36脚是基准电压，正确数值是100mV，第26引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在一3V至一5V都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。
芯片第31引脚是信号输入引脚，可以输入±99.9mV的电压。
在一开始，可以把它接地，造成“0信
号输入，以方便测试。
4）注意芯片
27,28,29引脚的元件数值，它们是0.22uF,47K,0.47uF阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。
芯片的33和34脚接的104电容也不能使用磁片电容。
5）注意接地引脚
芯片的电源地是21脚，模拟地是32脚，信号地是30脚，基准地是35脚，通常使用情况下，这4个引脚都接地。
第五章热电偶测温不准的原因及处理方法
5.1热电偶的补偿导线接反
这主要是基建时出现的问题，负责接线的人员一时的粗心造成，属于人为因素。
当热电偶的补偿导线接反情况时，制作员控制站上的显示通常比实际值偏大或偏小。
5.2热电偶的补偿导线绝缘层磨破，造成信号回路接地
主要是因为补偿导线较硬，而且在接线盒内又未被安放平整，处理故障时多次旋拧接线盒盖的补偿导线而将其磨破。
此类故障一般偏小。
5.3端子接触不良
因导线比较硬，所以检修比较困难，此类故障的反应为无显示或显示值超量程。
5.4补偿电阻故障
此类故障表现为热电偶接上后显示值缓慢上升或下降。
5.5锅炉尾部烟道热电偶故障率较高
停机检修时将热电偶拆下发现热电偶的头部包括护套的磨损，将
护套管该由磨钢材料制成后，可以消除此类故障。
5.6接地不良
这类故障容易造成电荷在信号线上积累，引起信号漂移或晃动，处理方法是解开信号线，对其进行放电处理。
第六章调试过程
6.1具体过程
先检查电源，个当电源正常，红发光管稳定发光即可。
再用万用表检查各电压输入线对地的输入电阻应大于2K，正确才接上电源。
照原理接好电源线，热电偶。
用热水杯接好一杯水（杯中水高于70%）•在
室温下开始加热，将热电偶和温度计，放入水中同一位置，用温度计，测量热水升温的数据，并记录下来，每5C记录一次，同时记录电路板显示的温度。
如此一次，测的数据与实际温度差别很大，进行下一步调试。
准备好另一杯未加热的水，继续照第一步一样测试，并不断调整200K.500K.5K的电位器，使电路板显示和实际温度相近。
当水温接近100C时，调试好的电路板的显示为100C
将热电偶和温度计放人室温的水中，使电路板显示温度下降，并记录温度误差，调试电路板使其显示为室温25C。
将热电偶放入开水中，是电路板温度上升，并记录温度误差，调试电路板使其显示与开水温度一样100C。
多次调试第4.5过程，是电路板温度和实际温度误差减小到最低。
用热水杯接好另一杯水，在室温下开始加热，将加热点偶和温度计放入水中同一位置，用温度计测量热水温的数据，并记录下来，每5C记录一次，同时记录电路板显示的温度。
最后一次测量温度与实际温度相差很小，调试成功。
6.2试注意项
1必须板子焊接检查无误后，方可进行调试
2所需电源，万用表检查各输出电压，如有问题，立即向老师反应
3板子各引出线应留20cm左右
4热电偶与板子引出线应焊接，不应搭接，注意十一极，红是十极。
5各组长来领调试物品，领时记账，还时销账，爱惜使用
6接好线后，ICL7107的37#脚经导线与+SV电源触碰，如显示‘1888’则说明数码驱动部分良好。
7电桥中得2K滑动电阻，主要调节初始温度，36#脚的SK滑动电阻主要调节基准电压。
先调到1V左右，两级运放的500K.200K电阻，主要调节放大倍数。
8各组备开水一杯，凉水一杯，以便调试。
9电源的左侧电源进线是220V交流，手勿触及，注意安全。
10各级运放的实际使用各脚应在图上标明，一级放大出几百毫伏二级放大出几伏。
11若电源红灯闪，说明有故障，应立即拔掉电源进线，切断电源。
6.3实验数据
1）温度上升时的数据
数码管显示数据
温度计测量数据
误差
20°C
30r
40C
50C
60C
70C
80C
90C
100C
2）温度下降时的数据
数码管显示数据
温度计测量数据
误差
100C
90C
80C
70C
60C
50C
40C
30C
31.6r
1.6r
20r
21.4r
1.4r
第七章小组实训总结
这次实训的时间虽然不长，仅仅是一周的时间，但这次实训却让我们组收获良多。
它使我们变得更细心、耐心，同时也让我们学会了课本上的知识运用到实践。
通过这次的实训，我们学到了热电偶测温的原理以及方法，巩固了我们的焊接技术，知道怎样去调试热电偶测温系统。
在实训过程中，并没有我们所想象的那么顺利。
我们碰到了很多问题，同时也正是从发现问题、分析问题到解决问题的过程中学到更多。
在实训过程中，我们查阅了相关资料，与同学交流经验，并向老师请教等方式，学到了很多知识，也经历了很多艰辛，但收获同样巨大。
通过了这一周的传感器的实训，一.培养了我们的胆大、心细、谨慎的工作作风。
操作的时候要心细、谨慎，避免烫伤及意外的受伤；我们学到了很多知识，拓展了自己的的视野；三•增强了我的动手打操作的能力，培养了我们的规范化的学习工作的作风。
在为期一周的实训当中感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，运用所学的知识，一步一步的去探索，是可以解决遇到的一般问题的。
本次实训的目的主要是掌握热电偶测温的原理、方法；了解热电偶测温系统的焊接与调试方法以及掌握热电偶测温系统的基本配置和应用，培养和锻炼我们的实际动手能力。
使我们的理论知识与实践充分地结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的应用型技术人才。
知识必须通过应用才能实现其价值！
理论必须与实践想结合。
最后感谢老师的对我们的悉心教导。
附录一
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