专利名称：一种热电偶温度变送器及实现方法
技术领域：
本发明属于温度测量领域，具体涉及一种利用热电偶测量温度的变送器。
背景技术：
工业过程温度的测量通常使用温度变送器，目前高温测量普遍使用热电偶温度变 送器，变送器的输出为模拟电信号，有4 20mA、l 5V、0 5V等标准。由于热电偶产生 的热电动势为mV数量级，且与温度之间关系是非线性的，需要放大及非线性补偿，由于环 境温度不为0°C，还需要冷端温度补偿，目前市场上的热电偶温度变送器，内部为模拟电路， 变送精度不高；同时输出的模拟信号在传输中易受到干扰，信号传到测控设备后，还需要转 换为数字信号。

发明内容
本发明的目的是解决背景技术中存在的问题，提供一种采用K型热电偶为传感器 的温度变送器，它采用软件对热电偶的非线性进行补偿，并直接输出温度数字值。本发明是这样实现的一种热电偶温度变送器，其特征在于包括K型热电偶、K型 热电偶信号处理集成电路、单片机、TTL/RS485电平转换电路。所述的K型热电偶信号处理集成电路与K型热电偶连接，用于K型热电偶冷端温 度补偿、热电动势的模/数转换。所述的单片机与K型热电偶信号处理集成电路连接，用于读取K型热电偶信号处 理集成电路模/数转换出的数据，计算出K型热电偶的热电动势值，查K型热电偶分度表， 用线性插值法精确地计算出温度数值，并以串行方式输出。所述的TTL/RS485电平转换电路与单片机连接，用于将单片机输出的TTL电平转 换为RS485电平。本发明与现有技术相比较，优点在于采用软件对热电偶的非线性进行补偿，以数 字量形式串行输出温度数值，消除了模拟信号在传输中引起的误差，提高了测量精度。


图1是本发明实施例的电路原理图；图2是本发明实施例的子程序流程图；图3是本发明实施例的主程序流程图。图1中1. K型热电偶；2. K型热电偶信号处理集成电路；3.单片机；4. TTL/RS485 电平转换电路。
具体实施例方式下面参照附图对本发明实施例作进一步详细描述。一种热电偶温度变送器，如附图1所示，包括K型热电偶1、K型热电偶信号处理集成电路2、单片机3、TTL/RS485电平转换电路4。K型热电偶信号处理集成电路2可选美国MAX頂公司生产的MAX6675，它内 部带有冷端温度补偿，热电动势摸/数转换器，可以把热电动势值转换成12位ニ进制 数，通过SPI串行ロ输出，热电动势与转换出的数据的关系热电动势值=转换出的数 据 X10. 25u V(10. 25u V/LSB)。附图I中，Ul为MAX6675，K型热电偶的“ + ”、“-”端分别与MAX6675的“T+”、“T_” 端连接，MAX6675的的cs、SCK、SO(SPI串行ロ )分别与单片机的3个I/O管脚连接。单片机3可选内部集成有FlashROM、EEPROM的8位或32位单片机。附图I中，U2为单片机3，型号STC15F104E，它内部集成有4KB FlashROM、 1KBEEPR0M以及时钟、复位电路，对外有8个管脚。K型热电偶的分度表存储在单片机3的FlashROM存储器中。采用间隔1°C的K型 热电偶分度表，温度范围0 1023°C，表中每I个热电动势数据为16位ニ进制数，其中6位 存储毫伏值的整数部分，10位存储毫伏值的小数部分。例如温度500°C的热电动势值为 20. 644mv，毫伏值的整数部分为20，对应的ニ进制数010100 ;毫伏值的小数部分644，对应 的ニ进制数1010000100，其存储示意如下。
字节I字节2位数D15D|4D13D12D11DioD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0ニ进制数0I0I00I0I0000I00十进制数206414上述0 1023°C的分度表，以常量数组形式存放，占用单片机3片内FlashROM 2KB空间。实施例中使用单片机3的I个I/O引脚(P3.0)模拟串行输出接ロ，输出格式为 一帧数据10位I个起始位、8个数据位、I个停止位，波特率1200bps，每位传送时间为 833 u S0附图2为串行输出一字节数的子程序流程图。附图I中，U3为TTL/RS485电平转换电路4，型号为MAX487, MAX487的DI引脚为 TTL电平输入端，与单片机3的模拟串行输出引脚(P3. 0)相连，MAX487的引脚A、B为RS485 电平输出端，通过接线端子Jl与测控设备相连接，附图I中Rl为匹配电阻，阻值为120 Q。附图I中，MAX6675、STC15F104E、MAX487的电源，均采用直流5V电源供电。附图3为主程序流程图，一种热电偶温度变送器的实现方法，主要包括以下步骤步骤ー由单片机读取MAX6675输出的热电动势模/数转换数值，保存在变量
TData中；利用公式ち=--计算热电动势值Ex ；步骤ニ 查表确定Ex在K型热电偶分度表中位置，得到Ex的前后边界值も、E1，及 E0所对应的温度值Ttl ；例如若TData 为 2443，计算 Ex = 25. 04ImV ；查表得E0 为 25. 033mV(603°C )、E1 为 25. 075mV(604°C )；步骤三利用线性插值公式T+IijiIh十算测量温度值；
~-ljO
( ±Mi+# :T = 603. 19°C )#mm jWXtl/lWl^I/O^IJW (P3.0) ^^#￥l200bps$íffédj^ítT, 7V 2 ^ t , 'bikffift i ^l o
权利要求
1.一种热电偶温度变送器，其特征在于 (1)包括K型热电偶(I)、K型热电偶信号处理集成电路(2)、单片机(3)、TTL/RS485电平转换电路⑷； (2)采用直流5V电源供电，以串行方式输出温度数值； (3)所述的K型热电偶信号处理集成电路⑵的型号为MAX6675，K型热电偶⑴与MAX6675的第2、3引脚连接，MAX6675的5、6、7引脚与单片机(3)的3个I/O引脚连接，单片机(3)的I个I/O引脚与TTL/RS485电平转换电路(4)连接； (4)所述的单片机(3)片内部FlashROM或EEPROM中存储有K型热电偶分度表。
2.根据权利要求I所述的一种热电偶温度变送器，其特征在于K型热电偶分度表存放方式为每I个热电动势数据为16位二进制数，其中6位存储毫伏值的整数部分，10位存储毫伏值的小数部分。
3.根据权利要求I或2所述的一种热电偶温度变送器的实现方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一读取MAX6675输出的热电动势模/数转换值，保存在变量TData中；利用公式
全文摘要
本发明涉及一种热电偶温度变送器及实现方法，其特征在于包括K型热电偶、K型热电偶信号处理集成电路、单片机、TTL/RS485电平转换电路；K型热电偶、K型热电偶信号处理集成电路、单片机、TTL/RS485电平转换电路顺次连接；单片机内存储有K型热电偶的分度表，单片机通过读取K型热电偶信号处理集成电路模/数转换结果，计算出热电动势值，查K型热电偶分度表并线性插值法精确地计算出温度数值，并以串行方式输出温度数值。本发明优点在于采用软件对热电偶的非线性进行补偿，以数字量形式串行输出温度数值，消除了模拟信号在传输中引起的误差，提高了测量精度。
文档编号G01K7/02GK102661814SQ201210146340
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者徐美风, 李耀, 章磊, 贺龙豹, 邵文莎 申请人:南京财经大学