基于DS1620和80C51的热电偶冷端自补偿高精度数字测温系统

　　0　前言

　　在利用热电偶测量温度时,热电偶的冷端处理是必须解决的问题之一。常见的解决方法有冷端恒温法,电路补偿法,计算修正法等。其中以计算修正法最为灵活,其测量原理是根据热电偶的中间温度定律:

　　E(T,T0)=E(T,Tn)+E(Tn,T0)

　　即将由热电偶直接测得的相对于冷端的热电动势E(T,Tn)与根据冷端温度查分度表获得的对应热电动势E(Tn,T0)相加,计算出热电偶相对 于T0=0℃时的热电动势E(T,T0),然后再查根据算得的E(T,T0)查分度表得出实际温度值。可见,要准确得出实际温度值需要解决两个关键问题, 一是准确测定热电偶冷端温度值Tn,二是快速准确地查找细分(如0. 5℃)分度表。后者可以利用单片机完成;对于前者,由于热电偶冷端温度往往是随着仪表的环境温度变化而变化(移动式测温计更是如此),因此,在实际应用中 必须对冷端温度进行实时监测。笔者利用数字式温度测控芯片DS1620作为K型热电偶的冷端温度实时测量和超限报警单元,利用80C51单片机作为智能处 理单元,利用ADOP07和AD574A组成热电动势预处理单元,根据热电偶中间温度定律,实现了具有冷端自补偿功能的大范围高精度自动测温系统,系统设 定热电偶冷端自动补偿温度范围为0 ~70℃,系统测温范围为0 ~1 070℃(包含补偿温度),测试中收到满意效果。

　　1　系统概述

　　自动测温系统的原理图如图1所示。各单元地址分配见表1。系统监控程序和热电偶数字量分度表存储在外扩程序存储器EPROM中,其中K型热电偶 的数字量分度表(0~1070℃, 0. 5℃分度,放大242.27倍)以双字节形式依次存放在2000H开始的2142个字节单元中。可见,每个数字量热电动势地址的低3位(16进制表示)除 以4,就是该热电动势对应的温度值,这样就用地址和数据建立起了温度和热电动势之间的对照表。系统主监控程序的流程图如图2所示。系统具有冷端补偿温度上 下限报警功能,当DS1620检测到环境温度高于设置上限时,TH引脚由低变为高,该信号取反后送入80C51的INT0(P3. 2)引脚,单片机采样到该信号后开始响应中断,在中断服务程序中,使显示器显示“LLLL”。

　　由于DS1620的TH引脚因超限变高后,当温度降到设定上限值以下时,TH引脚随之变为低电平,但工作方式寄存器中的THF位不能随之自动清零,所以在判得TH引脚恢复到低电平(80C51的引脚恢复到高电平)时,需用软件将THF位清零。下限报警程序类似。

　　2　各主要单元电路及子程序

　　2. 1　以DS1620芯片为核心的热电偶冷端温度检测单元及控制程序

　　2. 1. 1　DS1620芯片

　　DS1620是Dallas公司推出的数字温度测控器件[3][4]。测量温度范围为-55~+125℃,用9位数字量表示温度值,分辨率为 0. 5℃。在0~+70℃精确度为0. 5℃, -40~0℃和+70~+85℃精确度为1℃, -55~-40℃和+85~+125℃精确度为2℃。