一种热电偶温度信号的采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及，尤其设及一种热电偶溫度信号的采集方法。
【背景技术】
[0002] 热电偶是一种测溫传感器，它直接测量溫度，并转换成电动势信号。两种不同成份 的均质导体接合在一起，溫度较高的一端为工作端，溫度较低的一端为冷端，冷端通常处于 某个恒定的溫度。根据热电动势与溫度的函数关系，制成标准热电偶分度表。分度表是冷端 溫度在o°c时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
[0003] 热电偶测量溫度时要求其冷端的溫度保持不变，其热电势大小才与测量溫度呈一 定的比例关系。若测量时，冷端的环境溫度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一 定措施补偿由于冷端溫度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。
[0004] 热电偶信号为毫伏弱小信号，传统的采集处理电路在设计中稍有不慎就会引起信 号干扰抖动，信号采样精度低等各种问题，严重影响热电偶采集处理的工作性能。因此热电 偶信号的采集处理功能是热电偶溫度信号的一个关键环节，其性能优劣直接影响整个系统 的工作性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于解决上述的技术问题，提出一种热电偶溫度信号的采集方法。
[0006] 本发明是通过W下技术方案实现的： 一种热电偶溫度信号的采集方法，包括如下步骤： S1冷端补偿步骤，采用冷端电桥补偿电路对热电偶信号进行冷端补偿，通过非平衡电 桥的电势差来补偿由冷端溫度变化而引起的热电势变化量； S2滤波步骤，采用RC低通滤波电路对热电偶信号进行滤波，将高频杂波滤除； S3信号放大步骤，通过运行放大器将热电偶信号进行放大； S4采集步骤，采用A/D转换器对热电偶信号进行采集，并转换为溫度数字信号； S5信号接收步骤，RISC嵌入式处理器接收溫度数字信号。
[0007] 进一步地，所述步骤S1包括： S11冷端电桥补偿电路中接入热敏电阻； S12采集热敏电阻阻值及溫度，绘制热敏电阻阻值与溫度关系表； S13根据热敏电阻阻值与溫度关系表绘制热电偶分度表。
[000引进一步地，所述步骤S11中，热敏电阻由儀丝线绕电阻与儘铜丝线绕电阻串联而 成。
[0009] 进一步地，所述步骤S2中，RC低通滤波电路的截止频率计算公式：f=l/23iRC。
[0010] 进一步地，所述步骤S3中，通过运行放大器将热电偶信号放大100倍。
[0011] 进一步地，所述步骤S4中，A/D转换器具有信号输入保护电路。
[0012] 本发明的有益效果： 热电偶溫度信号的采集方法具有抗干扰能力强，信号采样精度高，可靠稳定等特点，便 于实施。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明一种热电偶溫度信号的采集方法的流程图； 图2是本发明中冷端电桥补偿电路的示意图； 图3是本发明中RC低通滤波电路的示意图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供了一种热电偶溫度信号的采集方法，如图1所示为本发明的流程图，其 包括如下步骤:冷端补偿步骤，采用冷端电桥补偿电路对热电偶信号进行冷端补偿，通过非 平衡电桥的电势差来补偿由冷端溫度变化而引起的热电势变化量;滤波步骤，采用RC低通 滤波电路对热电偶信号进行滤波，将高频杂波滤除;信号放大步骤，通过运行放大器将热电 偶信号进行放大;采集步骤，采用A/D转换器对热电偶信号进行采集，并转换为溫度数字信 号;S5信号接收步骤，RISC嵌入式处理器接收溫度数字信号。
[0015] 更细化的，冷端补偿步骤包括，冷端电桥补偿电路中接入热敏电阻;采集热敏电阻 阻值及溫度，绘制热敏电阻阻值与溫度关系表;根据热敏电阻阻值与溫度关系表绘制热电 偶分度表。其中，热敏电阻由儀丝线绕电阻与儘铜丝线绕电阻串联而成。滤波步骤中，RC低 通滤波电路的截止频率计算公式：f=l/2地C。信号放大步骤中，优选为通过运行放大器将 热电偶信号放大100倍。采集步骤中，A/D转换器具有信号输入保护电路。
[0016] W下为对本方案的原理阐述:热电偶信号采集与显示是溫度信号处理中重要的组 成部分，本文从新的角度阐述了热电偶信号的采集方法。热电偶信号采集首先需要进行冷 端补偿，采用热敏电阻与非平衡电桥实现热电偶信号的冷端补偿，冷端电桥补偿电路利用 不平衡电桥产生的电势差来补偿由冷端溫度变化而引起的热电势的变化量，电路结构简 单，补偿精度较高。其次采用低失调运算放大器实现热电偶信号的放大处理，需经RC低通滤 波电路进行信号调理，增加前端信号处理电路的抗干扰能力。再采用12位A/D转换器实现热 电偶信号的模数转换功能，完成热电偶信号的数据采集，A/D转换器的信号输入端增加输入 保护电路，避免器件发生过电应力损坏。最终采用FPGA的内嵌NIOSn软核作为RISC嵌入式 处理器，具有高度的灵活性和可配置性。
[0017] 对本发明的采集方法中各步骤的进一步细化描述： 首先针对冷端补偿步骤，热电偶输出电势是两结点溫度差的函数。为了使热电偶输出 的电势是被测溫度的单一函数，通常将热电偶冷端保持为〇°C，并且各种型号的热电偶分度 表所列数值均W冷端溫度〇°C为基准而制成的。但在实际中做到运一点很困难，于是就产生 了热电偶冷端补偿问题。
[0018] 电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电势差来补偿由冷端溫度变化而引起的热 电势变化量。具体的如图2所示，冷端电桥补偿电路，电阻R1、R2、R3和限流电阻Rg是用溫度 系数小的高精度电阻组成，Rx是用电阻溫度系数较大的热敏电阻组成，采用非平衡电桥冷 端补偿法，其热敏电阻的使用变得尤为重要。热敏电阻是由儀丝线绕电阻与儘铜丝线绕电 阻串联而成，其阻值为两线绕电阻阻值之和，包含两线绕电阻间连接导线的阻值。热敏电阻 是基于电阻的热效应进行阻值变化的，即热敏电阻的阻值随溫度变化而变化的特性。因此， 只要测量出热敏电阻的阻值变化，就能够测量出环境溫度的变化。热敏电阻是把溫度变化 转换为电阻值变化的器件，通常需要把电阻信号通过导线传递到热电偶溫度信号采集装 置。
[0019] 当环境溫度为(TC时，电桥处于平衡状态。a、b两点电位相等，无电压差输出，此时 补偿电桥对热电偶回路的热电势毫无影响。当环境溫度变化时，热电偶的冷端和热敏电阻 Rx感受相同的溫度变化，从而Rx电阻值也随溫度而改变，使电桥失去平衡，有不平衡电势差 AE1输出；与此同时，冷端溫度的变化使热电偶的电势值随之变化ΔΕ2。设置电桥补偿电路 中的各电阻值，可W设计出AE1与ΔΕ2数值相等、极性相反，则叠加后互相抵消，因而起到 冷端溫度变化自动补偿的作用。
[0020] 具体实施例中，冷端电桥补偿电路均采用高精度低溫漂电阻，选用桥臂电阻R1、 R2、R3为90.1 Ω，限流电阻为5.4K Ω，电压源为2.5V。当热敏电阻Rx为90.1 Ω时，补偿电桥两 点的电压差化-邮输出为0,电桥平衡。因此推导出电桥的平衡溫度为〇°C时，电桥平衡，冷端 补偿电压差为