[发明专利]一种热电偶温度变送器及实现方法

说明书

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、1～5V、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℃，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。

附图说明

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MAXIM公司生产的MAX6675，它内部带有冷端温度补偿，热电动势模/数转换器，可以把热电动势值转换成12位二进制数，通过SPI串行口输出，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×10.25μV(10.25μV/LSB)。

附图1中，U1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串行口)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1中，U2为单片机3，型号STC15F104E，它内部集成有4KB FlashROM、1KBEEPROM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℃的K型热电偶分度表，温度范围0～1023℃，表中每1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。例如：温度500℃的热电动势值为20.644mv，毫伏值的整数部分为20，对应的二进制数：010100；毫伏值的小数部分644，对应的二进制数：1010000100，其存储示意如下。

上述0～1023℃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1个I/O引脚(P3.0)模拟串行输出接口，输出格式为一帧数据10位：1个起始位、8个数据位、1个停止位，波特率1200bps，每位传送时间为833μS。附图2为串行输出一字节数的子程序流程图。

附图1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J1与测控设备相连接，附图1中R1为匹配电阻，阻值为120Ω。

附图1中，MAX6675、STC15F104E、MAX487的电源，均采用直流5V电源供电。