1、熱電偶測溫控制顯示系統指導書 項目成員: 周 海 云 劉 葉 李 勇項目班級： 工業控制091班項目指導老師：陳勇宏老師 2011年4月28日目 錄第一章：實驗的目的及原理1.1 實驗目的 . 011.2 實驗原理 . 011.3 實驗計劃 . 01第二章：實驗重要元件介紹2.1 熱電偶原理及應用 . 022.1.1 熱電偶簡 . 022.1.2 熱電偶測溫原理 . 022.1.3 有關熱電偶測溫的基本原則 . 032.1.4 常用熱電偶 . 042.2 ICL7107 A/D數模轉換器 . 042.2.1 ICL7107 的簡介 . 042.2.2 辨認引腳 . 042.2.3 牢記關鍵點的

2、電壓 . 052.2.4 注意芯片 . 052.2.5 注意接地引腳 . 062.3 LM324 運算放大器 . 062.3.1 LM324 的簡介 . 062.3.2 LM324 引腳圖 . 06第三章：熱電偶測溫系統的調試3.1 調試的方法 . 073.2 注意事項 . 073.3 實驗數據 . 07 3.3.1 溫度上升時的數據 . 073.3.2 問的下降時的數據 . 08實訓總結 . 09附錄 . 10第一章實驗的目的及原理1.1 實驗目的 1） 了解熱電偶測溫的原理、方法及應用，注意事項。2） 了解熱電偶測溫系統的焊接方法及注意事項。3） 了解熱電偶測溫系統的調試方法及注意事項。4

3、） 了解一些A/D轉換芯片（ICL7107、DH7107GP、ICL7106、DH7106）。1.2 實驗原理 由熱電偶熱電效應產生的電流經電路處理轉變成電壓信號，并經過二級放大，放大至正比與溫度的電壓，送至ICL7107 31#腳，最后由數碼管顯示熱電偶測量到的溫度值。1.3 實驗計劃1） 了解清楚熱電偶測溫系統原理圖并焊接好實驗板2） 檢查好板子直至沒有問題，做好調試的準備3） 對熱電偶測溫系統進行調試4） 調試成功后記錄好實驗數據5） 做好實驗任務書及實驗總結第二章實驗重要元件介紹2.1 熱電偶原理及應用1）熱電偶簡介 熱電溫度記錄儀常以熱電偶作為測溫元件. 它廣泛用來測量 -200 1

4、300 范圍內的溫度，特殊情況下，可 測至 2800 的高溫或 4K 的低溫。它具有結構簡單，價格便宜，準確度高，測溫范圍廣等特點。由于熱電偶將溫度轉化成電量進行檢測，使溫度的測量、控制、 以及對溫度信號的放大變換都很方便，適用于遠距離測量和自動控制。在接觸式測溫法中，熱電溫度計的應用最普遍。 2）熱電偶測溫原理a.定義: 由兩種導體組合而成,將溫度轉化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。b. 測溫原理 : 熱電偶的測溫原理基于熱電效應。 將兩種不同材料的導體 A 和 B 串接成一個閉合回路，當兩個接點 1  和 2 的溫 度不同時，如果 T T 0 （如上圖 12-1熱電效應）， 在回路

5、中就會產生熱電動勢， 在回路中產生一定大小的電流，此種現象稱為 熱電效應 。熱電動勢記為 EAB ，導體 A 、 B 稱為熱電極。接點 1 通常是焊接在一起的， 測量時將它置于測溫場所感受被測溫度，故稱為測量端（或工作端，熱 端）。接點 2 要求溫度恒定，稱為參考端（或冷端）。 c.熱電效應導體 A 和 B 組成的熱電偶閉合電路在兩個接點處分別由eAB (T) 與 eAB (T0 )兩個接觸電勢 ，又因為 T T0 ，在導體 A 和 B 中還各有一 個溫差電勢。所以閉合回 路總熱電動勢 EAB (T,T0 ) 應為接觸電動勢和溫差電勢的代數和，即： 4.閉合回路總熱電動勢對于已選定的熱電偶，當

6、參考溫度恒定時，總熱電動勢就變成測量端溫度 T 的單值函數，即 EAB ( , T 0 )= f ( T ) 。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。 在實際測溫時，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導線和儀表。 3) 有關熱電偶測溫的基本原則由一種均質導體組成的閉合回路，不論導體的橫截面積，長度以及溫度分布如何均不產生熱電動勢。 如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質導體組成，那么，熱電偶的熱電動勢僅與兩接點的溫度有關，與熱電偶的溫度分布無關； 如果熱電極為非均質電極，并處于具有溫度梯度的溫場時，將產生附加電勢，如果僅從熱電偶的熱電動勢大小來判斷溫度的高低就會引起誤差。 a.均質導體定則 :b.中間導體定則

7、: 在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要兩端的溫度相等，該導體接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。根據這一定則，可以將熱電偶的一個接點斷開接入 第三種導體 ，也可以將熱電偶的一種導體斷開接入第三種導體，只要每一種導體的兩端溫度相同，均不影響回路的總熱電動勢。 在實際測溫電路中，必須有連接導線和顯示儀器，若把連接導線和顯示儀器看成第三種導體 ，只要他們的兩端溫度相同，則不影響總熱電動勢 。 c.參考電極定則 : 兩種導體 A, B 分別與參考電極 C( 或稱標準電極 ) 組成熱電偶，如果他們所產生的熱電 動勢為已知， A 和 B 兩極配對后的熱電動勢可用下式求得 由此可見，只要知道兩種導體

8、分別與參考電極組成熱電偶時的熱電動勢，就可以依據參考電極定則計算出兩導體組成熱電偶時的熱電動勢。從而簡化了熱電偶的選配工作。 由于鉑的物理化學性質穩定，熔點高，易提純，所以人們多采用高純鉑作為參考電極。 4) 常用熱電偶適于制作熱電偶的材料有300多種，其中廣泛應用的有4050種。 國際電工委員會向世界各國推薦 8 種熱電偶作為標準化熱電偶. 我國標準化熱電偶也有 8 種 。分別是：鉑銠 10- 鉑 ( 分度號為 S) 、 鉑銠 13- 鉑 (R) 、鉑銠 30- 鉑銠 6(B) 、鎳鉻 - 鎳硅 (K) 、鎳鉻-康銅 (E)、鐵-康銅(J)、銅-康銅(T)和鎳鉻硅-鎳硅(N)。2.2 ICL

9、7107 A/D模數轉換器1） ICL7107 的簡介ICL7107是美國Intersil公司專為數字儀表生產的數字儀V為滿幅輸入電壓一般取200mV或2VINFS表專用芯片。該芯片集成度高,轉換精度高,抗干擾能力強,輸出積分電容CINT可直接驅動發光數碼管,只需要很少的外部元件,就可以構成數積分電容取值用下式估算:字儀表模塊。ICL7107芯片用在X線機毫安顯示電路中,能使毫CINT=4000×IINT/fosc×VIS安讀數顯示電路做到使用元件少,可靠性高,調試維修方便。V為積分器輸出幅度。IS1ICL7107芯片簡介自動穩零電容CAZICL7107是雙積分式3位半模數

10、轉換器,ICL7107集成電自動穩零電容CAZ大小的選擇依系統允許引入的噪聲為路內. 傳統的數字顯示測量儀表以集成芯片(比如ICL7107芯片)集成顯示為主,或者進行A/D轉換后,簡單地用單片機技術實現數字顯示,單片機技術只是運用于簡單的顯示作用.由于隨著計算機輔助教學在電工電子等教學設備的應用,迫切要求教學設備的硬件結構符合計算機雙向控制的要求.特別是在測量儀表上,運用大量的單片機技術可以使許多功能簡單實現。2） 辨認引腳芯片的第一腳，是正放芯片，面對型號字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。許多廠家會在第一腳旁邊打上一個小圓點作為標記。3）

11、牢記關鍵點的電壓芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準電壓，正確數值是 100mV，第 26 引腳是負電源引腳，正確電壓數值是負的，在 3V 至 5V 都認為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號輸入引腳，可以輸入 ±199.9mV 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。4） 注意芯片 27,28,29 引腳的元件數值，它們是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容網絡，這三個元件屬于芯片工作的積分網絡，不能使用磁片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用磁片電容。5） 注意接地引腳芯片的

12、電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號地是 30 腳，基準地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個引腳都接地，在一些有特殊要求的應用中（例如測量電阻或者比例測量），30 腳或 35 腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。 本文不討論特殊要求應用。2.3 LM324 運算放大器1）LM324 簡介 LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出

13、端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 2）LM324 引腳圖 第三章熱電偶測溫系統的調試3.1 調試的方法首先將所有的接線接好并準備兩杯水，一杯水為冷水，另一杯水位沸水；然后將熱電偶放置到冷水中，用溫度計測量其溫度并將數碼管顯示的初始數值調為溫度計測量的數值，把熱電偶從冷水中拿出來放到沸水中，用溫度計測量其溫度并將數碼管顯示的數值調為溫度計測量的數值，把熱電偶交替放置到冷水和沸水中，慢慢確定數碼管顯

14、示數值的初始值及范圍，調試完成后進行實驗并記錄數據。3.2 注意事項1）必須板子焊接檢查無誤后，方可進行調試2）所領電源應先采用萬用表檢查個輸出電源電壓，如有問題，立即此項老師反映3）板子各引出線應在30cm長左右，才好進行工作各個連接處焊接，不許搭接4）杯中水面一般應高于70%5) 板子各對地電源對地電阻不得小于2k，否則不允許送電6) ICL7107 的37#腳點一下 +5v，電源如果顯示“1888”則后端無問題7）所領物品領時記帳，還時銷賬，愛惜使用3.3 實驗數據 1）溫度上升時的數據數碼管顯示數據溫度計測量數據誤差2525.10.13029.90.13535.20.24040.10.

15、14545.20.25049.90.15554.90.16060.10.16564.90.17069.90.17575.20.28080.10.18585.10.19090.20.29594.90.1100100.20.2 2） 溫度下降時的數據數碼管顯示數據溫度計測量數據誤差2524.90.13030.10.13534.90.14040.50.54544.80.25050.20.25555.30.36060.10.16565.40.47070.30.37575.10.18080.30.38585.50.59090.10.19595.40.4100100.20.2實訓總結轉眼之間，一周的實訓已

16、經過去了,這意味著這個階段結束同時也是這門課程的結束，這一周里時間雖然很短，但是我們卻收獲很多東西。（有知識和其它方面的）通過這次的實訓，我們學到了熱電偶測溫的原理以及方法，首先是鞏固了我們的焊接技術，培養了我們的一種電路的邏輯思為能力，對電路的閱讀能力和分析培養，知道該項目電路的工作原理研和維修，知道如何去調試熱電偶測溫顯示控制系統及其應用。同時也讓我們了解了傳感器檢測信號的處理和轉換、傳感器在現代工業、電子、生活、航空等領域的綜合應用發展。為我們對自動化檢測專業更加的了解，知道團隊合作諧調能力的應用和作用，以及在遇到困難時的解決方法。掌握理論與實踐的結合應用。通過實訓也讓我們對老師、同學有

17、了更進不步的了解，特別是在當遇到困難的時候那種相互幫助不放棄的精神最讓人難忘。這次一周的實訓經歷也是不少的，在我們組員的共同努力下，電路模型被我們設計出來，在這當也是遇見了很多的艱難困苦的情況但最終還是被我們克服了，并且順利的完成了這次的各個任務。這次實訓出現了兩次重大困難。第一次是數碼管現實的數值不隨溫度的變化而變化，但可以手動調高調低。我們在老師的指導與幫助下走出了困境。原來這個問題出現的原因只是因為我們對調試方法的不熟悉，不過在老師和同學的指導下，我們終于完全學會了調試的方法。這次的實訓，我們組員之間的合作是非常諧調的，分工明確，努力積極，團結合作，大家都對這次的實訓報有很高的期望，每個

18、同學都很珍惜這次機會。元件明細表序號元件符號元件名稱數值數量（個）1R1熱敏電阻NTC15012R2電阻15013R3電阻15014R4電阻15015R5電阻10k16R6電阻10k17R7電阻10k18R8電阻10k19R9電阻470k110R10滑動電阻500k111R11電阻100k112R12電阻100113R13電阻360114RP1滑動電阻1k115RP2滑動電阻500k116RP3滑動電阻200K117RP4滑動電阻5K118C1電容0.22uF119C2電容0.47uF120C3電容0.1uF121C4電容101pF122AB熱電偶123LED數碼管共陽極424ICL7107A

19、/D模數轉125LM324運算放大器126DIP40集成塊插座227排線若干28萬能板129DIP14集成塊插座130R14電阻22K13位半數字表頭芯片ICL7107中文資料3位半數字表頭芯片ICL7107中文資料   (1) 31/2位雙積分型A/D轉換器ICL7107功能與特點 ICL7107是31/2位雙積分型A/D轉換器，屬于CMoS大規模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉換精度為0.05士1 個字。 能直接驅動共陽極LED數碼管，不需要另加驅動器件，使整機線路簡化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN 。 在芯片內部從

20、V+與COM之間有一個穩定性很高的2.8V基準電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準電壓VREF 。 能通過內部的模擬開關實現自動調零和自動極性顯示功能。 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。 整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數碼管，就能構成一只直流數字電壓表頭。 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。 不設有一專門的小數點驅動信號。使用時可將LED共陽極數數碼管公共陽極接V+. 可以方便的進行功能檢查。          

21、 圖1 ICL7107的引腳圖及典型電路。(2) ICL7107引腳功能及主要電氣參數V和V-分別為電源的正極和負極，au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極。Bck：千位筆畫驅動信號。接千位LEO顯示器的相應的筆畫電極。PM：液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱背電極。Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據下列公式來決定： Fosl = 0.45/RCCOM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負端以及基準電

22、壓的負極相連。TEST ：測試端，該端經過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數字地”。VREF VREF- ：基準電壓正負端。CREF：外接基準電容端。INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現象的元件IN和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容CAz 。如果應用在200mV滿刻度的場合是使用0.47F，而2V滿刻度是0.047F。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流( idling current )是100A，而緩沖器與積分器能夠供給20A的驅動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。ICL7107主要參數： 電源電壓ICL7107 V+ to GND6V溫度范圍0 to 70ICL7107 V- to GND-9V熱電阻PDIP封裝qJA(/W)50 MQFP封裝80 模擬輸入電壓 V+ to V-最大結溫150 參考輸入電壓  V+ to V-最高儲存溫度范圍-65 to 150 時鐘輸入 GND to V+ 實訓心得 這次實訓我們做