王 婷

（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中最重要的檢測參數(shù)之一。能量換測法是利用能量變換裝置，將一種形式的量轉(zhuǎn)換為另一種形式的量來進(jìn)行測量，測量條件是需要有實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的換能器或傳感器。熱電偶是將溫度的測量轉(zhuǎn)換為溫差電動勢的測量，將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測量的一種傳感器[1]。VC9808A＋數(shù)字萬用表所附的測溫?zé)犭娕歼m用于信號傳輸距離較近且只要求溫度顯示時使用。設(shè)計(jì)的DS18B20測溫系統(tǒng)中DS18B20是一種模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器件，把模擬溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號輸入單片機(jī)。

1 熱電偶測溫系統(tǒng)

熱電偶測溫系統(tǒng)是由熱電偶、連接導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線）、顯示儀表等多環(huán)節(jié)構(gòu)成的[2]。在物理測量中，經(jīng)常將非電學(xué)量如溫度、時間、長度等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量來進(jìn)行測量，這種方法叫做非電量的電測法[3]。熱電偶是基于物體的熱電效應(yīng)，將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號進(jìn)行傳遞，這種測溫方式不僅可以遠(yuǎn)距離傳遞，而且能夠集中檢測和控制[4]。熱電偶是利用溫差電效應(yīng)制作的測溫元件，在溫度測量與控制中有廣泛的應(yīng)用。兩種不同金屬串接在一起，其兩端可以和儀器相接進(jìn)行測溫的元件稱為溫差電偶。實(shí)際使用時，固定冷端溫度不變，于是熱電勢便是測量端溫度，也就是被測介質(zhì)溫度的單值函數(shù)[5]。

1.1 連接方式

溫差電偶與測量儀器的連接方式有兩種，如圖1所示：（a）金屬B的兩端分別和金屬A焊接，測量儀器 M插入A線中間；（b）A、B的一端焊接，另一端和測量儀器連接[3]。

圖1 溫差電偶與測量儀器的連接方式

1.2 熱電偶測溫

熱電偶是靠其熱接點(diǎn)吸收了外部熱能而在其內(nèi)部轉(zhuǎn)換成電能，從而表征其被測物受熱的程度[6]。它結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、使用可靠、并易于安裝。VC9808A＋數(shù)字萬用表隨機(jī)所附K型WRNM－010裸露式接點(diǎn)熱電偶極限溫度為250℃（短時間內(nèi)為300℃）。所附熱電偶根據(jù)測量目的采用簡單測量系統(tǒng)，適用于信號傳輸距離較近且只要求溫度顯示時使用。測量時，將量程開關(guān)置于℃，并將熱電偶溫度傳感器的冷端（自由端）負(fù)極插入（mA插座）溫度測試插孔中，正極插入“COM”插座中，熱電偶傳感器的工作端（測量端）置于待測物上面或內(nèi)部，可直接從顯示屏上讀取溫度值，單位為℃。

2 DS18B20測溫系統(tǒng)

DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，可以把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供計(jì)算機(jī)處理，是模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器件，且讀信息或?qū)懶畔H需要單線接口，使用非常方便[7]。DS18B20測溫系統(tǒng)是：使用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，將實(shí)時溫度顯示在數(shù)碼管上，如圖2所示。

圖2 外部供電方式DS18B20單點(diǎn)測溫電路

設(shè)計(jì)DS18B20測溫系統(tǒng)是以STC89C52RC單片機(jī)為核心，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A／D轉(zhuǎn)換，以數(shù)字形式輸出，且為串行輸出，方便單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)把采集到的溫度信號進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，通過輸出口控制數(shù)碼管使被測量溫度顯示在數(shù)碼管上輸出。具體實(shí)現(xiàn)過程需要軟件支持，也正是以單片機(jī)為核心的DS18B20測溫系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程控制的優(yōu)點(diǎn)，只要根據(jù)實(shí)際測溫及控制需要編寫程序即可實(shí)現(xiàn)。圖3中的DS18B20測溫系統(tǒng)是精確到0.1℃的簡單測溫測試系統(tǒng)，如需解決有線測試方法布線困難，多點(diǎn)多地測溫以及其它控制功能的問題，需在電路上附加其它元器件。功能、器件越多，精度越高，編程就越困難，開發(fā)成本就越高。

3 熱電偶測溫系統(tǒng)與DS18B20測溫系統(tǒng)比較

為了比較兩種測溫系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)時將VC9808A＋數(shù)字萬用表隨機(jī)所附K型 WRNM－010裸露式接點(diǎn)熱電偶及DS18B20放在同一位置（捆綁在一起），盡量使探頭處于同一平面，控制加熱源，使被測溫度上升和下降，如圖3所示。用通電的電烙鐵提供加熱源緩慢移近（移離）熱電偶及DS18B20，觀察溫度變化顯示并記錄，進(jìn)行順測（回測），數(shù)據(jù)如表1。將所測試數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)軟件處理結(jié)果如圖4所示。

圖3 兩種測溫系統(tǒng)實(shí)物圖

表1 同一環(huán)境測溫?cái)?shù)據(jù)表（單位℃）

圖4 同一環(huán)境測溫?cái)?shù)據(jù)曲線圖

4 結(jié) 論

兩種測溫系統(tǒng)在同一環(huán)境測溫?cái)?shù)據(jù)符合正態(tài)分布曲線，順測和回測的最大誤差都在允許誤差內(nèi)，表明系統(tǒng)具有較好的重復(fù)性，可以方便地應(yīng)用于有線測試的多種環(huán)境中，能快速方便地讀取數(shù)據(jù)。工業(yè)自動化程度越來越高，VC9808A＋數(shù)字萬用表所附的測溫?zé)犭娕荚谀承﹫龊喜荒芎芎眠m應(yīng)現(xiàn)代測溫的要求，當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)且采集到的溫度信號還用于控制時，采用單片機(jī)控制的DS18B20測溫系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的DS18B20測溫系統(tǒng)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，使用靈活方便，但成本較高。把無線通信技術(shù)應(yīng)用到測試系統(tǒng)當(dāng)中，可解決傳統(tǒng)有線測試方法布線困難的問題。在惡劣環(huán)境下提高系統(tǒng)的生存率，保證采集數(shù)據(jù)的可靠讀取[8－9]。

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