热电偶高精度检测电路与信号处理方法研究

发布时间：2017-09-13 19:48

  本文关键词：热电偶高精度检测电路与信号处理方法研究

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【摘要】：温度是工农业生产、科学研究中最普通、最重要的参数之一,其检测方法已得到较为完善的发展。但是随着高分子材料、复合材料以及生物技术的快速发展和深入研究,涉及的热分析与量热仪器、热物性测试仪器以及相关计量炉等仪器对温度的检测范围和检测精度提出了越来越高的要求。研究面向科学仪器的宽范围、高精度、快速温度检测关键技术,为我国科学研究和工农业生产的发展提供重要的技术支撑。热电偶成本低廉,在宽范围工业测温领域得到了广泛应用,论文选取N型热电偶作为测温传感器,设计了总体检测方案,其具体研究内容如下:针对热电偶微弱的输出信号,设计了具有低通滤波和16倍放大的信号调理电路与基于24位的Δ-Σ型ADC的高精度信号采集电路;针对恒流源重复性和一致性差的问题,设计了基于比率法和恒流源换向的三线制铂电阻检测电路,实现对热电偶准确的冷端补偿;定量分析了温漂对系统信号采样的影响,并优化电路设计减小了温漂对结果的影响。在数据处理方面,采用去极值滤波结合滑动平均滤波的方法,有效滤除系统的噪声干扰;结合二分法和曲线拟合法设计热电偶电动势转换为温度的算法,实现了对测温精度和速度的要求。针对工业热电偶准确度和一致性差的问题,设计了自动标定系统,提高标定的效率。对测温系统进行了电学参数和温度的测试,并对结果进行误差分析。实验结果表明,采用N型热电偶实现了在0~700℃范围内±0.7℃的准确度、0.07℃的精密度和0.005℃的温度分辨力,在温度相关测试仪器方面具有良好的应用价值。
【关键词】：高精度温度测量 热电偶 冷端补偿 信号处理
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH811
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 论文的研究背景及意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 温度测量方法简介16-17
• 1.2.2 接触式测温方法17-18
• 1.2.3 热电偶测温现状18-19
• 1.3 主要研究内容和创新点19
• 1.4 本章小结19-20
• 2 系统设计及重要器件选型20-27
• 2.1 系统总体设计20
• 2.2 热电偶选型20-23
• 2.2.1 标准化热电偶类型比较及选择20-21
• 2.2.2 热电偶性能评估21-23
• 2.3 冷端补偿方案设计23-25
• 2.3.1 冷端补偿原理及分析23-24
• 2.3.2 铂电阻选型24-25
• 2.4 A/D规格参数分析25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 硬件电路设计27-37
• 3.1 电源部分设计27-29
• 3.1.1 供电电源部分设计27-28
• 3.1.2 偏置电压和基准电压部分设计28-29
• 3.2 信号调理电路设计29-32
• 3.2.1 热电偶信号采样部分设计29-30
• 3.2.2 热电偶冷端补偿部分设计30-32
• 3.3 温漂对系统测温的影响分析32-35
• 3.3.1 温漂对冷端补偿部分测量的影响33-34
• 3.3.2 温漂对热电偶信号测量的影响34-35
• 3.4 ATmega128单片机电路设计35-36
• 3.5 PCB设计36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 温度测量算法及程序设计37-48
• 4.1 信号预处理37-38
• 4.2 铂电阻电阻值转换为温度的算法设计38-40
• 4.2.1 插值法38-39
• 4.2.2 反函数法39-40
• 4.3 基于二分法的热电偶电动势转换温度算法设计40-46
• 4.3.1 传统的电动势转换温度算法40-41
• 4.3.2 算法思路及实现41-44
• 4.3.3 算法测试数据44-46
• 4.4 系统下位机程序设计46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 系统测试结果分析48-59
• 5.1 热电偶自动标定系统设计48-51
• 5.1.1 设计目的48
• 5.1.2 标定系统总体结构48-49
• 5.1.3 温度标定软件设计49-51
• 5.2 电学参数测试51-53
• 5.2.1 电阻阻值测试52-53
• 5.2.2 电压值测试53
• 5.3 温度测试53-56
• 5.3.1 冷端铂电阻温度测试53-54
• 5.3.2 热电偶温度测试54-56
• 5.4 误差分析56-57
• 5.4.1 冷端补偿部分信号采样误差56
• 5.4.2 热电偶信号采样误差56-57
• 5.4.3 算法转换的误差57
• 5.4.4 传感器引入的误差57
• 5.5 本章小结57-59
• 6 总结和展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 存在的不足及后期展望59-61
• 参考文献61-63
• 附录A63-64
• 附录B64-65
• 作者简历65

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本文编号：845575