溫度在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是用的最多的熱工量,熱電偶作為一種接觸式溫度傳感器由于其結(jié)構(gòu)簡單,測溫范圍寬,精度高等優(yōu)點,所以在工業(yè)溫度測量中廣泛應(yīng)用。但在熱電偶的使用中,需　　解決兩方面的問題:一是需對熱電偶的冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償。二是對熱電勢和溫度的非線性處理。本文利用美國MAXIM公司生產(chǎn)的K型溫度補(bǔ)償器MAX6675來實現(xiàn)冷端的溫度補(bǔ)償,用二　　次插值的方法對熱電勢和溫度的非線性進(jìn)行處理,實踐證明,該方法精度高、可靠性好。

2　熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路

具有冷端補(bǔ)償?shù)膯纹琄型熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675內(nèi)部自帶冷端溫度補(bǔ)償、線性校正、A/D轉(zhuǎn)換器、熱電偶斷線檢測等功能,它將溫度測量值轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能識別的16　　位二進(jìn)制數(shù)字溫度讀數(shù),其測溫范圍為0~1023.75℃,轉(zhuǎn)換精度為0.25℃,冷端溫度的補(bǔ)償范圍為-20~+85℃,工作電壓為3.0~5.5V,當(dāng)冷端溫度波動時,MAX6675仍能精確檢測熱端的溫度變化[2,4]。在使用中僅需2線SPI串行接口,與單片機(jī)連接非常方便。這里以AT89C52單片機(jī)為例,給出MAX6675與單片機(jī)接口構(gòu)成的測溫電路,接口如圖1所示[1]。

3　軟件的非線性處理

對熱電偶得到的非線性信號的處理采用查表和程序計算的方法來解決,由擬和理論可知,對非線性信號可用多項式y(tǒng)=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn來擬和,且多項式次數(shù)越高,精度也越高。但在實際的智能測溫系統(tǒng)中,由于受速度和存儲容量的限制,只能采用有限次擬和。本文根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度曲線,提出用二次插值的方法(即取多項式前三項)來對非線性進(jìn)行處理,其方法是先在存儲器中存入熱電勢和溫度的序列表(e0, t0)(e1, t1)(e2, t2)(e3, t3)……(en, tn)對于任意的熱電勢e,假設(shè)通過程序可判別它在熱電勢和溫度序列中的位置為ei≤e≤ei+1≤ei+2(0≤i≤n-2)則對應(yīng)的溫度t可由下式計算

出溫度值。由于在(ei,ei+2)內(nèi),將信號擬合成拋物線,更接近于電勢與溫度的實際,所以擬和的精度大大的提高,同時在相同的精度下,變量序列的步長取得相對較大,這樣可大大壓縮表　　格的數(shù)據(jù)量,從而極大節(jié)省了內(nèi)存空間。本文以K型鎳鉻—鎳硅為例,每50℃存儲一個熱電勢值(uV),若測溫范圍為-50~+1100℃,存儲的熱電勢值依次為:-1889,0,2022,4095,6137,8137, 10151, 12207, 14292, 16395, 18513, 20640, 22772, 24902,27022,29128, 31214, 33277, 35314, 37325, 39310, 41269, 43202,45108[3]。表1是對部分熱電勢的計算結(jié)果,由此可以看出,二次插值精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一維插值精度。

4　軟件設(shè)計

系統(tǒng)啟動后,首先將加熱爐等設(shè)備的設(shè)定溫度通過鍵盤接口送入單片機(jī)的寄存器,然后讀取MAX6675的測溫數(shù)據(jù),16位的輸出數(shù)據(jù)高位在前,低位在后,然后用二次插值的方法計算出當(dāng)前溫度值,并與系統(tǒng)設(shè)定溫度進(jìn)行比較,若當(dāng)前溫度是設(shè)定溫度則顯示,若超出設(shè)定溫度,則驅(qū)動溫度控制電路動作。軟件程序流程如圖2所示。

5　結(jié)束語

用MAX6675作為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償器,不僅電路結(jié)構(gòu)簡單,而且轉(zhuǎn)換精度高,用二次插值理論對非線性處理精度高,誤差小于0.1℃,應(yīng)用本方法在實驗室通過對2KW電阻爐的爐溫控制測試,效果很好,如果采用DSP芯片效果會更好。此方法可廣泛應(yīng)用于電子測量和工業(yè)儀表等領(lǐng)域的溫度測量。