温度测量范文

温度测量范文（精选12篇）

温度测量 第1篇

相比于传统的温度测量控制系统, 本次设计中的温度参数测试系统不仅精度高, 稳定性好, 而且抗干扰性强, 具有对温度多路循环采样、储存采样温度值和与上位机通信, 实现人机对话功能。对温度的测量采用了DS18B20数字温度传感器, 这不仅简化了硬件电路的设计, 而且提高了测量精度和测量的稳定性, 为了增强设计的实用性, 增加了E2PROM-AT24C02储存温度值模块, 对过去采样的温度值有记忆功能。

整个系统主要由温度参数监测模块、微处理模块、串口通信模块、键盘显示处理模块、PC机管理模块组成。温度参数监测模块完成对温度参数的定时监测和采集。微处理模块主要由单片机 (AT89C51) 、程序存储器 (2764) 、温度参数存储器AT24C02等组成。串口通信模块实现PC机与单片机之间的数据传输, 采用的为RS232通信协议。键盘显示处理模块实现在测试终端的温度数据查询与温度值的显示, 由HDHD7279管理整个键盘和显示。PC机管理模块主要完成上传测量终端的温度数据, 在系统机上以表格和图形等方式查询温度变化规律等功能。

温度传感器采用DS18B20, 温度输出为9bit-12bit可编程。增加了多路模拟开关CD4067, 它能实现4选16路的功能, 并且通过公共的COMMON输出端输出温度参数。通信接口模块是连接系统机和终端监测系统的通信桥梁, 它通过一块RS232串行通信接口将终端和后台连在一起, 组成了一个智能监测系统, 终端测试的数据经通信接口电路传给系统机进行管理。

温度参数储存主要采用AT24C02串行可擦除只读存储器来实现, 它具有硬件电路结构简单, 擦除次数多, 可直接对它进行读/写操作。并且通过单片机和键盘显示电路的连接可以将保存到AT24C02的温度值调出来送显, 这样就更加直观的增强了对温度采样值所具有的记忆功能。键盘显示接口电路主要通过HD7279进行管理, 可同时驱动8位共阴式数码管的智能显示芯片。该芯片同时还可以连接多达64键的键盘矩阵, 单片可完成LED显示和键盘接口的全部功能。

设计采用了数字温度传感器DS18B20, 将DS18B20直接挂到多路模拟开关CD4067的I/O输入、输出端, 每块DS18B20也只有3个引脚:电源、地和I/O口, 在I/O口上只要接一个4.7K的上拉电阻, 测试精度高。本系统采用DS18B20的外接电源工作方式。

温度储存电路采用AT24C02来完成, A2、A1、A0器件/页地址引脚就全部为低电平, 在编程时器件的地址就是000。WP引脚同样也接地, 才能允许正常的读/写操作, 才能将所需要的温度值正常的读入/写出AT24C02, 完成对温度值的记忆功能。SDA串行数据输入/输出引脚和SCL串行时钟信号引脚可直接与AT89C51的P1.6和P1.7口连接。

为了简化键盘和显示电路设计, 本系统采用高度集成的串行接口的8位LED和64键键盘智能控制芯片HD7279。HD7279与单片机的连接仅需4跟线:片选线CS、串行时钟线CLK、串行数据线DATA、键盘申请线KEY。

整个键盘完成查询多路温度参数, 串口通信等工作。下位机可通过键盘查询所采集的参数值, 还可控制是否与上位机进行通信等。显示数据由8个数码管完成。

经过查资料, 设计方案, 实验, 系统设计, 模块设计, 接口连接与调试等几个阶段, 所设计的多路温度测量控制系统已基本实现所要求的功能, 概括如下:

[1]具有测量温度功能;

[2]温度测量范围能达到-55℃~125℃, 精度为0.5℃;

[3]测量终端温度参数具有储存功能;

[4]可巡回显示和定点显示所采样的温度数据;

[5]系统具有RS-232通信接口功能, 实现上下位机通信;

[6]S11:第四路温度采样键。将对CD4067I/O 3路DS18B20进行采样。

[7]S12:第五路温度采样键。将对CD4067I/O 4路DS18B20进行采样。

[8]S13:第六路温度采样键。将对CD4067I/O 5路DS18B20进行采样。

[9]S14:第七路温度采样键。将对CD4067I/O 6路DS18B20进行采样。

[10]S15:第八路温度采样键。将对CD4067I/O 7路DS18B20进行采样。

综上所述, 本系统为一检测系统, 能为用户提供直观的历史温度资料数据查询。从那些温度数据的变化情况, 就可掌握最近一段时间的温度状况, 对以后的温度变化也有一个很好的预测。H

参考文献

[1]陶树平.数据库系统原理与应用[M].北京:科学出版社, 2005.

[2]张友德, 赵志英, 涂时亮.单片微型机原理、应用与实验[M].复旦大学出版社, 2009.

[3]汤庸.Delphi6程序设计基础教程[M].北京:冶金工业出版社, 2002.

温度测量与控制电路 第2篇

温度测量与控制电路是在实际应用中相当广泛的测量电路。本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的知识，从基本的单元电路出发，实现了温度测量与控制电路的设计。总体设计中的主要思想：一、达到设计要求；二、尽量应用所学知识；三、设计力求系统简单可靠，有实际价值。温度传感采用热电偶和温度补偿原理。AD转换部分使用集成芯片AD574A；二进制到8421BCD码的转换用EEPROM 281024实现；显示译码部分用74LS48和数码管实现；温度控制范围设定采用数字设定方式，用74LS160十进制加计数器和锁存器74LS175实现；温度的判断比较数值比较器74LS85的级联实现；通过使用74LS160和ADG508F实现了多路温度循环监测功能。声光报警加入了单稳态。温度控制执行部分采用555构成的单稳态电路，提高了加热系统与降温系统的稳定性和实用性。

【关键词】：温度传感器 A/D转换 控制温度 声光报警 二进制转BCD 译码显示

【设计要求】

1. 测量温度范围为200C～1650C，精度?0.50C；

2. 被测量温度与控制温度均可数字显示；

3. 控制温度连续可调；

4. 温度超过设定值时，产生声光报警

【正文】

一、系统概述和总体方案论证与选择

方案A.

如图1-1所示，温度传感器部分将温度线性地转变为电压信号，经过滤波放大，一路输入A/D转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压经过电压比较器进行比较输出高低电平指示信号，温度控制执行模块和声光报警部分。

图1-1 总体设计方案A框图

方案B.

如图1-2所示，温度传感和A/D转换，译码显示，温控执行和报警均与方案A相同，不同处在于控制温度设定方式和温度超限判断方式。方案A的超限判断模块和控制温度设定主要使用模拟信号，该方案易受外界干扰如使用环境温度等因素，另外由滑变设定温度不易调节精确，实际中，若采用电池供电，电源电压的变化会影响其温控范围的准确性。方案B主要采用数字芯片逻辑控制实现，其工作的稳定性准确性和功能扩展性较强。

图1-2 总体设计方案B框图

二、单元电路设计

（一）温度传感模块

如图2-1-1所示，温度传感把模块把温度大小转化为电压信号，传入数字显示与温度范围控制模块。使用时将热电偶的热端（工作端）放入被测量的环境中，注意连接导线选用阻值受温度影响小的材料，且有良好的绝缘材料包裹。长时间使用后可对电路进行校准，在标准温度下，测量输出电压值，并通过调整滑动变阻器进行校准。其输出电压Uo(V)和温度T(℃)的关系式为Uo=0.02384*T。

图2-1-1

温度传感模块电路图

如图1-2所示，温度传感和A/D转换，译码显示，温控执行和报警均与方案A相同，不同处在于控制温度设定方式和温度超限判断方式。方案A的超限判断模块和控制温度设定主要使用模拟信号，该方案易受外界干扰如使用环境温度等因素，另外由滑变设定温度不易调节精确，实际中，若采用电池供电，电源电压的变化会影响其温控范围的准确性。方案B主要采用数字芯片逻辑控制实现，其工作的稳定性准确性和功能扩展性较强。

图1-2 总体设计方案B框图

二、单元电路设计 （一）温度传感模块

如图2-1-1所示，温度传感把模块把温度大小转化为电压信号，传入数字显示与温度范围控制模块。使用时将热电偶的热端（工作端）放入被测量的环境中，注意连接导线选用阻值受温度影响小的材料，且有良好的绝缘材料包裹。长时间使用后可对电路进行校准，在标准温度下，测量输出电压值，并通过调整滑动变阻器进行校准。其输出电压Uo(V)和温度T(℃)的关系式为Uo=0.02384*T。

图2-1-1

温度传感模块电路图

（二）数字显示与温度范围控制模块 1、方案的论证与选择

经分析，数字显示与温度范围控制模块的核心主要有两部分： （1）A/D转换和码制转换部分

（2）温度范围设定与温度超限行为判断部分 每部分分别有两种方案： （1） A/D转换部分 方案A.

首先要把温度传感器的电压信号转换成频率不同的矩形波信号。如图2-2-1所示，电压/频率转换电路由一只运算放大器和一只555以及少量电阻和电容组成，运算放大器部分作成差分积分电路，同相输入端是由555的3脚输出端反馈加来的，由于555的触发电平是1/3VCC，因此当输入电压信号Ui在1/2VCC内变化时，该电路的输入电压Ui和输出的矩形波的频率f0具有良好的线性关系（由于该方案最终未被采纳，只给出V/F对应关系表作为参照，见表1，该电路的具体原理和Ui~f0线性关系的详细计算和在此不再赘述）。

图2-2-1 555和差分积分放大电路构成的V/F转换器

V/F转换关系对应表 表1

V/F转换器输出的频率不同的矩形波信号要转化成可数字显示的BCD码，如图2-2-2所示，频率---8421BCD码的转换由4片同步十进制加法器74LS160实现，第（1）片74LS160的RCO进位输出接第（2）片的CLK时钟信号输入端，当第（1）片74LS160计数器进位时，第（2）片74LS160加1，第（2）片再向第（3）片74LS160进位，以此类推，4组QDQCQBQA分别为百位、十位、个位、小数位，分别经过4片锁存器74LS175，接到4片七段数字显示译码器74LS48，再连接数码管即可实现温度的十进制数显示。

图2-2-2 频率信号转BCD码

把4片锁存器74LS175的CLK时钟端接在一起，引出节点①。4片74LS160的清零端接在一起，引出节点②。V/F转换器的频率信号经过图2-2-4中的与门“U2A”进入③。节点①和②的波形关系需满足如图2-2-3所示关系，即满足“先锁存，后清零”，这样，在“计数开始”（②的上升沿）到“锁存器状态翻转”（①的上升沿）的这段时间t内，通过的波形周期数就等于数码管上显示的数字。时间t的大小可以通过调节图2-2-4中的R、C参数来调整，t =0.7R2C1≈0.49s，使其在这段时间内恰巧通过一定的周期数，就可以使计数器计数到该温度并显示出来。比如，当温度为10.0℃时，V/F转换电路产生一定频率的矩形波，在指定的时间t内，使其恰巧通过100个完整波形，四片计数器的输出状态为0000 0001 0000 0000，即可译码显示为“10.0”代表10.0℃

图2-2-3 方案A中 节点①和②的波形关系

该波形由图2-2-4所示电路产生。电容C3起到消除竞争与冒险的作用，没有C3，可能使锁存器锁入数据0000 0000 0000 0000，数码管上会显示0.0 (℃)。并引起错误报警，和温控执行电路的不合理启动。

图2-2-4 方案A 清零信号，计数信号，锁存信号产生电路

综上所述，该电路工作过程复杂，虽然理论上可行，也通过了在Multisim中的模拟检测，但是在实际中，图2-2-4中的RC参数也都会受到温度影响，造成测量温度不准确，如果电容C3短路，更可能造成误报警和错误加热操作的不良后果。另外，该电路的功耗太大，不利于实际应用。所以，最终放弃了该方案。 方案B

采用集成芯片AD574A 作为模数转换芯片，AD574A 是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器。AD574A可以把电压信号转换成二进制数，但是二进制数并不能直接在数码管上显示，所以AD574A输出的二进制数到8421BCD码的转换成为该方案的核心问题，经过查阅大量资料，最终决定采用281024 CMOS EEPROM实现二进制到8421BCD码的，其电路连接简单，转换效率高，功耗低，出错率低。

综上所述，B方案工作稳定性强，不易出错，所以采用B方案。具体电路和实施方案见后文“2.AD转换与解码”。AD574A的详细资料见“元器件明细”。

（2）控制温度设定与温度超限行为判断部分有两种方案：

A.如图2-2-5所示，通过旋动滑动变阻器获得不同的分压代表相应的的温度值，分压一路通过AD转换显示设定温度，一路经过电压比较器和温度传感模块输出的Ui进行比较，输出高低电平指示信号控制报警和温控执行模块。该方式虽然简便可行，但其受外界环境干扰较大，当实际温度在控制温度附近时，有可能由于其他干扰比如滑动变阻器上的电压若有电池提供，其输出电压会随着使用时间的增加而变化，无人值守时，设定的温度会随着电池电压的减小而变化，达不到理想的温控效果，温度控温精度并不高。

图2-2-5 控制温度设定与温度超限行为判断方案A思路框图

B.采用数字设定方式。如图2-2-6所示：通过计数器精确设定温控范围，以8421BCD码的形式保存到锁存器中，经过级联的数值比较器与EEPROM输出的代表温度的8421BCD码进行比较。来判定温度是否超限，由数值比较器输出高低电平作为指示信号控制报警和温控执行电路。

综上所述，B方案 温度设定简单方便，控制更加精确，工作稳定性更好。所以采用B方案。

图2-2-6 控制温度设定与温度超限行为判断方案B思路框图

B方案的具体实施方案和具体电路图见后文“4、控制温度设定”“5、温度超限判断”部分

最终确定的总体思路框图如图2-2-7：

图2-2-7 最终确定总方案框图

2、AD转换与解码

AD转换：

如图2-2-8所示电路，为提高精度，采用AD574A的12位转换模式，其与温度传感器部分的连接方法是：AGND端接，传感器部分的模拟地端，Ui接传感器的输出电压。REF IN端为参考电压输入（通过调节滑动变阻器0~10V可调，用于校准。）

当输出的二进制码为1111 1111 1111，换算为十进制数是4095，经过码制转换后，在数码显示管上即显示数字409.5。代表409.5℃。

由于传感器部分的输出电压Ui满足，Ui=kT （T代表温度，单位：℃）即满足k V/℃

所以参考电压UREF IN的取值需要满足UREF IN=k*409.5，

UREF IN的可以通过图2-2-8中所示滑动变阻器R1调节。

R/C端由555和少量阻容元件构成的多谐振荡器，R6=140kΩ，R7=3kΩ，C5=10μF

555的3脚为输出端，其高电平持续时间T1=0.7(R6+R7)C5≈1s，低电平持续时间T2=0.7(R7C5)≈21ms。 输出低电平时，AD574A处于转换状态，转换时间需要约25μs，T2>>25μs，所以转换器有充分的时间进行转换，保证了转换数据的准确性，满足要求。输出高电平时，在该电路中AD574A处于12位数据并行读取状态，其转换的二进制数据被传送到EEPROM中。

码制的转换――12位二进制数转8421BCD码：

通过对电可擦写只读存储器（EEPROM）281024进行编码，实现二进制数码到BCD码的变换。即把4096个温度值的二进制数据位当作源码作为存储器EEPROM的地址码，把需要转换的8421BCD码作为 “目的”码写入地址对应的存储器EEPROM内部单元。使用时，当AD转换器采集到不同电压信号时，把转换后的二进制码迭到EEPROM的地址位，那么与此地址相对应的输出数据就是所求的8421BCD码格式，从而完成了4096个二进制码温度值到8421BCD码的转换。该4096个温度值的数字解码器是四位数显示，所以选用有16个位线的281024 EEPROM，实际中，也可根据制造的成本视情况选择两片8个位线的EEPROM（如：27C32）进行位线扩展，扩展成16位。

低12位A0~A11接对应的AD574A的二进制输出端，高4位A12~A15均接地。D0~D3，D4~D7，D8~D11，D12~D15分别输出小数位、个位、十位、百位的8421BCD码。接到译码显示模块74LS48即可把BCD码转换成七段a~g显示驱动信号，在LED数码管上进行十进制显示。

存储器281024地址和数据对应写入单元数据如表2：

表2 存储器281024地址和数据对应写入单元数据

281024的详细工作参数见“元器件明细”。

图2-2-8 AD转换与二进制转8421BCD码电路图

3、译码显示

百位、十位、个位、小数位共4组16位8421BCD码依次输入4片74LS48即可把BCD码转换成七段a~g显示驱动信号，在LED数码管上进行十进制显示。接法如图2-2-9所示，

U4、U5、U7为7段数码管，U6为8段数码管，4个数码管共阴极均接地。U6的h脚通过180Ω电阻接+5V电源，显示小数点。这样，温度值即可在数码管上十进制显示。

图2-2-9译码显示电路图

4、控制温度设定

如图2-2-10所示，温度设置装置由4片十进制加法计数器74LS160构成，且均处于计数状态。4个CLK时钟端均分别接一个按钮式开关，其弹起时接+5V高电平，按下时接地处于低电平，当进行设置时，“启动温度设置”处于高电平（有专门开关控制，图中未画出，见总电路图），通过按动开关即可手动使计数器计数，控制百位、十位、个位、小数位的数字。其数据输出端共有两个去向，

去向1：接译码显示电路即可实时显示设定数值的变化，与门7408的作用是控制计数器的数据输出，“启动温度设置”处于高电平时，计数器数据可以输出到译码器；“启动温度设置”处于低电平时，阻断了计数器数据向译码显示电路输出。

去向2：接锁存器。图中共有8片4位锁存器74LS175，每4片为一组分别储存温度上限和温度下限的8421BCD码。记录上限的4片锁存器的CLK时钟端和记录下限的4片锁存器的CLK时钟端分别接在一起引向两个按钮式开关，一个是“锁定温度上限”按钮，另一个是“锁定温度下限”按钮。开关常态接地，按下时接+5V高电平，锁存器锁入数据。锁存器的输出端接数值比较器，比较实际温度和设定值的`大小关系。

图2-2-10

5、温度超限判断

如图2-2-11所示，共有8片数值比较器74LS85（其功能表见附录），（1）~（4）片级联用于比较监测温度和设定的温度上限的大小，（5）~（8）片用于比较监测温度和设定的温度下限的大小。其级联方式和数据输入方式如图所示：

当测量温度低于设定的温度下限时，（5）片的OALTB（A

当测量温度高于设定的温度上限时，（4）片的OAGTB（A>B）端输出高电平启动报警电路和降温电路，高温报警指示灯发出红光。

两个与门U10A和U17A的作用是控制后续的温控执行和报警电路的开启或关闭。

或门U9A的作用是将高温超限报警信号和低温超限报警信号进行或运算。当有其一超限时，就会启

控制温度设定装置电路图

动报警电路。

图2-2-11

6、多路温度循环检测功能

如图2-2-12所示：由555和阻容元件构成的多谐振荡器，其产生的矩形波周期可可通过改变滑动变阻器A调节（5s~10s），其输出接74LS160的CLK时钟端，图中74LS160处于计数状态，其低三位QCQBQA依次产生000,001,010,011,100,101,110,111八个状态，一路输入模拟开关ADG508F的地址端A2A1A0，这样，模拟开关将会依次导通S1~S8，从D端输出到模数转换器。其通道切换频率由时钟信号频率决定。实现了8路温度的循环监测。另一路输入译码显示电路，显示当前所监视的线路。 温度超限判断电路图

图2-2-12

7、方案的优点与缺点以及改进

（1） 图2-2-10中的各与门都是起控制信号通断的作用，不如将其替换为模拟开关（如图22-2-13）实现信号的切断和导通，并且省去了与译码显示部分连接的或门（单元图中未画出，详见总电路图），使电路结构进一步简化，变得更可靠，使性能更加稳定，功耗更低。

（2） 由555和阻容元件组成的多谐振荡器可以采用集成芯片实现，由于555的功耗相对较大，采用集成芯片更有利于节省电能，延长使用时间。 多路温度检测功能电路图

图2-2-13

该模块的最终整合电路图见附录1

（三）声光报警

如图2-3-1所示，当输入信号为低电平时，报警电路不工作。当有高电平信号输入时，模拟开关闭合，多谐震荡电路开始工作。发光二级管闪烁，并发出蜂鸣报警。报警时蜂鸣的频率和发光二极管闪烁的频率均为2Hz,作用的占空比为58.3%。

模拟开关电路

图2-3-1

（四）温度控制执行

如图2-4-1所示，温控执行电路由当输入信号为低电平时，加热或降温电路不工作。当有高电平信号输入时，加热电路进入暂稳态，3脚输出高电平，继电器吸合，启动加热降温设备进行加热和降温操作。1~10分钟后（可根据实际情况通过滑动变阻器R3，R4调整），若温度仍低于或高于设定温度，电路不能复位，3脚仍输出高电平，加热或降温操作继续进行。若温度回到设定范围内，电路即复位回到稳定态，3脚输出低电平，继电器断开，加热或降温操作停止。 声光报警电路图

图2-4-1

三、总体电路图

限于篇幅和纸张大小，见附录2

四、结束语

本次温度测量与控制电路的设计主要内容如上所述，在此次设计中运用到的知识大多数为课本所学。设计中难免有缺点和漏洞，真诚希望老师指导，以求改进。

本次设计中有如下几个难点：

一是12位的A/D转换电路，在这一部分的设计中我们查阅了大量资料，最后决定用AD574A模数转换器，这样以来不仅实现对于模拟信号的数字转换，同时也提高了精度的要求。

二是如何将12位二进制数转换成8421BCD码的问题，经过查阅大量资料并研究决定用EEPROM电可擦写存储器来完成这个功能，具体电路图和转换关系如上所述。

三是温度的设定和朝鲜判断，技术要求中提到输入温度连续可调，我们开始拟采用滑动变阻器控制，使滑动变阻器的分压参与电路中的信号处理，由于其种种缺点，最终放弃了该方案。使用计数器、寄存器、数值比较器、译码显示装置、实现了将控制温度直接以直观的数字量直接输入，并以8421BCD码的形式输入数值比较器进行温度判定，也实现了输入温度的连续可调，而且极大地提高了准确度、直观性

加热降温执行电路图

和易用性。

以上即是对本次设计中的主要问题的讨论与解决方案，敬请老师给予指正，以求得更好的解决方法。 五、参考文献

1.《传感器原理与应用》 程德福 王君 凌振宝 王言章 编著

机械工业出版社 1月第一版

2.《数字电路设计手册》 荀殿栋 徐志军 编著

电子工业出版社 7月第一版

3.《Multisim8仿真与应用实例开发》 从宏寿 程卫群 李绍D 编著

清华大学出版社 7月第一版

4.《电子线路 设计与实践》 姚福安 主编

华中电子科技大学出版社 第一版

5.《基础电子电路设计与实践》 戴伏生 主编

国防工业出版社 4月第一版

6.《模拟电子技术基础》 陈大钦 主编

机械工业出版社 4月第一版

7.《数字电子技术》 James Bignell Robert Donovan 编著

科学出版社 2月第一版

8.《新编电子控制电路300例》 刘修文 等编

机械工业出版社

9.《数字单元电路 转换电路 分册》 梁廷贵

主编

科学技术文献出版社

六、元器件明细

1.AD574A

AD574A 是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速12 位逐次比较型A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器，其主要功能特性如下：

分辨率：12 位

非线性误差：小于±1/2LBS 或±1LBS 转换速率：25us

模拟电压输入范围：0―10V 和0―20V，0―±5V 和0―±10V 两档四种

电源电压：±15V 和 5V 数据输出格式：12 位/8 位

芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式

图6-1

AD574A引脚图

AD574A 的引脚说明：

[1]. Pin1(V Logic)――逻辑电源+5V电源输入端。

[2]. Pin2(12／8 )――数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。 [3]. Pin3(CS )――片选端，低有效。

[4]. Pin4(A0)――字节地址短周期控制端。与12/8端用来控制启动转换的方式和

数据输出格式。

[5]. Pin5( R/C)――读转换数据控制端。 [6]. Pin6(CE)――使能端，高有效。

[7]. Pin7(V+)――正电源输入端，输入+15V电源。 [8]. Pin8(REF OUT)――10V 基准电源电压输出端。 [9]. Pin9(AGND)――模拟地端。

[10]. Pin10(REF IN)――基准电源电压输入端。 [11]. Pin11(V-)――负电源输入端，输入-15V 电源。

[12]. Pin12(BIP OFF)――单极性输入时BIP OFF接模拟公共地，双极性时BIP OFF接对应[13]. Pin13(10V IN)――单极性0～10 V模拟量输入；双极性0～ ±5 V模拟量输入。 [14]. Pin14(20V IN)――单极性0～20 V模拟量输入；双极性0～ ±10 V模拟量输入. 。

-5V、-10V 的

[15]. Pin15(DGND)――数字地端。

[16]. Pin16―Pin27(DB0―DB11)――12 条数据总线。通过这 12 条数据总线向外输出A/D 转换数据。 [17]. Pin28(STS)――工作状态指示信号端，当 STS=1 时，表示转换器正处于转换状态，当

STS=0

时，声明A/D 转换结束，通过此信号可以判别A/D转换器的工作状态，作为 单片机的中断或查询信号之用。

AD574真值表

2.281024 1M COMS EEPROM（65536X16） A0~A15：地址输入端 D0~D15：数据输出端

图6-2

281024真值表

281024管脚图

3.74LS160D

图6-3

74LS160D真值表

4.ADG508F

74LS160D管脚图

图6-4

ADFG508F真值表

ADG508F管脚图

5.74LS48

图6-5

74LS48真值表

74LS48管脚图

6.74LS175D

图6-6

74LS175D功能表

74LS175D管脚图

7.74LS85N

图6-7

74LS85N管脚图

74LS85

真值表

8．K型热电偶

K型热点偶的电压与温度关系为：U=0.226T-0.707 K型热电偶所需的温度补偿电压为：41.269μV/K

图6-8 热电偶的特性曲线 9.LT1025

图6-9 LT1025参数图

图6-9 LT 1025 管脚图

10.ADG202

图6-10 ADG202的管脚图和真值表

七、收获体会

这次课程设计是我第一次接触到的将理论知识运用于实际的实践活动。通过对模拟电子技术、数字电子技术等课程的学习，对自己亲自设计一个综合性的系统充满了期待与渴望。我在这次课设中选择了温度测量与控制这一题目，感到这个题目综合性强，应用广，对设计者的要求也较高，因此，碰到的难度也较大，但本着求知与实践应用的精神，我最终将这个题目的大概框架整理出来，其中有许多不尽人意之处及不理想的地方还很多，这也是我今后学习的方向和动力。本次设计中，我主要负责温度设定和超限比较环节，显示电路是这次设计中花力气最大的环节，它首先需要将模拟量转化为数字量，再将其变为8421BCD码，这一过程实现有很多方法，如利用单片机等，然后就可以用数码管显示了。控制电路是这次设计的核心环节，它的实现方法也有很多种，设计中也拟定了两种方法，他们之间的优劣也有表述，关键是我从中了解了相关控制的多种方法，为今后设计控制电路做足准备。超限比较电路和循环检测功能是我这次设计中的一个亮点，利用数值比较器和锁存器来判定温度超限，由于要求中是在温度在20~165摄氏度之间，因此比20小或大于165的都将引发报警，这是需要注意的。最后，通过这次课程设计让我获益良多。另外，本次设计中，很多环节都可以用单片机实现，这更激起了我学习单片机的强烈愿望。从中我认识到了各课程学习的重要与应用之处，为今后学习指明方向，也大大的提高的系统学习电子技术的兴趣。同时，在设计中我尝试使用了Multisim 11.0软件，发现了这个软件的强大，做了很多测试，强化了对已学知识的理解，较为熟练的学会了该软件的应用，为我今后设计及学习和电路设计提供了有效的工具。

八、鸣谢

感谢学院为我们安排这一次课程设计，使我们得到一个学习和锻炼的机会。

感谢老师的辛勤指导，使我们抓住解决问题的关键，从而顺利完成课程设计。

感谢同组同学的团结合作，以及其他同学给与的帮助，使我们的课程设计得以圆满完成。

【附录】

附录1 温度显示与温度范围控制模块电路图

附录2 总体电路图

【教师评语】

【附件】

附件一：图2-2-1数字显示与温度范围控制模块，（可右键另存为，然后放大观看）

中国古人如何测量温度 第3篇

“冰瓶”

中国最原始的“温度计”

比较流行的说法是，世界上最早的温度计是意大利科学家伽利略于1593年发明的。清顺治年间，比利时传教士南怀仁首次将西方温度计概念带入中国。因此，不少人认为中国古代没有测量温度的仪器。

其实，早在先秦时期中国已出现了一种可以观察温度变化的“瓶子”：瓶子中装上水，如果水结冰了，气温即低于零下，进入寒冬了;如果冰融化，则气温回升。这种瓶子称“冰瓶”，也叫“水瓶”，可谓是中国最原始的一种温度计，被视为现代温度计的雏形。

冰瓶到底是什么形状的测量工具？现代考古中尚未发现实物，但从文献上可知，先秦时中国人已在使用。吕不韦《吕氏春秋·慎大览·察今》中有这样的说法：“见瓶水之冰，而知天下之寒、鱼鳖之藏也。”这句话的大概意思是，看到瓶子里的水结冰，就知道天气已经寒冷，鱼鳖已经潜藏了。这是古人利用水在不同温度下的“水-冰-水”的形态变化，来推测温度下降和升高的技术。

至于这种“瓶子”到底是不是一种“温度计”，文献中没有具体交代。可能正因为如此，冰瓶这种原始温度计未被现代学术界重视和认同，被误认为是一种普通的生活器皿。

笔者认为，如果是普通的器皿，那为何不说“碗中之冰”“缸中之冰”“池中之冰”？结合西方早期的温度计也是一种细长的瓶子，可以想像先秦时的冰瓶并非普通之物。如果进一步联系《淮南子·说山》中的一句话“悬羽与炭，而知燥湿之气，以小（明）大”，更可以侧证冰瓶是一种原始的温度计。“悬羽与炭”，这是古人利用木炭吸收水分的原理发明的测量空气湿度的一种方法。试想，先秦人已发明和使用比测量温度难度更大的“湿度计”，发明和使用“温度计”是不是更为可能？

虽然冰瓶测量温度在精度上有点粗，可能没有刻度，不能显示温度值，但其所透露出来的智慧是相当不一般的。

伽利略发明的第一支温度计便是用水作为介质，此后才有灌注酒精和水银的温度计出现，而中国人早在公元前2世纪以前已开始用水作为“温度计”介质了。冰瓶是将水结冰作为温度的固定点，即现代的0℃，通过水结冰和融化情况来判断气温，而西方在17世纪才由荷兰科学家惠更斯提出此概念。

“腋温”

南北朝时期已普遍测试

显然，冰瓶是古人测量低温的一种简单工具，属于“测冷仪”。那么，古人又是如何测量人体体温这类常温的？

中国人很早就发现，健康人的体温是恒定的。于是将正常体温作为标准温度，即现代的37℃，以此推测体表温度是高还是低，即中医所谓“发热”与“发寒”。中国最早的中医典籍《黄帝·内经》里已记载了测体温诊病的情况：“尺热曰病温，尺不热脉滑曰病风。”

所谓“尺热”“尺不热”，是指发烧与不发烧，“尺”为腕端脉穴之一，与“寸”“关”相连，统称“寸关尺”，是中医看病时必测摸部位。中医望、闻、问、切四法之“切”法，就是测脉相和体温，切在尺部。望、闻、问、切四法为古代名医扁鹊所创，据《史记·扁鹊传》记载，扁鹊为战国时名医。由此可见，如何测量体温并据此判断病症，先秦时期的中医已有一套系统的方法。

值得注意的是，现代医学测量体温时常用的“腋下温度”，最晚在南北朝时已普遍使用。《齐民要术》卷八“作豉法”中有这样的说法，制作豆豉，要布置暖和、太阳晒不着的屋子，温度保持人体腋下温度为最佳，即“大率常欲令温如人腋下为佳”。

在制作豆豉的过程中，每天还要进屋里去观察两次，用手插进豆子堆中，看是否需要翻动，“候：看如人腋下暖，便翻之”。据此可以得出这样的结论：最晚在南北朝时中国人已测腋温，知道腋下温度更稳定和准确。

“火候”

推测超高温度的方法

相对来说，低温和常温比较方便测量，测量高温特别是超高温的难度则比较大。古代中国人早在商周时期，就找到很实用的方法，并运用于青铜器的冶炼，这便是观察“火候”。

火候，古人又称之为“火齐”，是借燃烧时火焰的变化来推测温度高低的技术。这其实是一种“目测法”，《荀子·强国》中提到了这种方法，强调要铸造出精美宝剑，得掌握恰到好处的温度，即“刑范正，金锡美;工冶巧，火齐得”。

如何通过火候推测出温度的高低？有一个成语叫“炉火纯青”，就是古人观察火候的标准之一，在火焰没有杂色，是青色火焰时，温度最高。中国第一部手工艺专著、先秦时成书的《考工记·栗氏》是这样说的：“凡铸金之状，金与锡，黑浊之气竭，黄白次之;黄白之气竭，青白次之;青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”

这段文字说的就是观察火候的具体方法和过程，不同火焰和颜色的变化代表不同的温度。经过现代科学验证，火候法相当准确，因为不同物质的气化点不同，金属加热时由于蒸发、分解、化合等作用，会生成不同焰色的气体。如青铜冶炼时出现白色烟雾，相当于907℃，锌开始挥发;炉火纯青，表明温度已达到1200℃，锌完全挥发，全是铜的青焰，此时就可以浇铸了。

这种通过观察火候推测温度的方法，在古代许多领域都有运用，如古代炼丹家在炼制丹药时也是观察火候，推测丹药是否能炼成。

“物候”

预测未来气温走势

事实上，古代中国人推测温度的方法很多。温度计只是实时温度的反映，古人还通过时序轮换和自然气象的变化，判断和预测当天气温和未来气温的走势，这种方法可以视为“物候”测温法。

超声光栅测量液体温度特性 第4篇

关键词：超声波,光栅,声速,温度测量

1922年布里渊(L·Brillouin)曾预言，当高频声波在液体中传播时，如果有可见光通过该液体，可见光将产生衍射效应。这一预言在10年后被验证，这一现象被称作声光效应。1935年，拉曼(Raman)和奈斯(Nath)对这一效应进行研究发现，在一定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通的光栅，所以也称为液体中的超声光栅。

超声波是一种纵向机械应力波。当超声波在盛有液体的玻璃槽中传播时，液体被周期性地压缩或膨胀，其密度会发生周期性的变化，形成疏密波。稀疏作用会使液体密度减小、折射率减小，压缩作用会使液体密度增大、折射率增大。因此液体密度的周期性变化，必然导致其折射率也相应地作周期性变化。当光通过这种液体时，就相当于通过一个透射光栅，因而会发生衍射，这种衍射称为“声光衍射”。存在声波场的介质则称为“声光栅”；当采用超声波时，通常就称为“超声光栅”。

超声波作为一种纵波在液体中传播时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射。根据超声光栅的原理，可以在分光计上进行声速测量。用不同温度的纯净水做实验，就可以得到其传播速度与温度的关系。本文介绍了利用超声光栅测量声速的原理，然后根据测量结果进行数据拟合得到了传播速度与温度的近似公式。

1 常用的测温方法

温度是表征物体冷热程度的物理量，任意两个冷热程度不同的物体相接触，必然发生热交换现象，热量将由受热程度高的物体传向受热温度低的物体，直到两物体的冷热程度完全一致，即达到热平衡状态为止。利用这一原理，我们可以选择某一物体同被测物体相接触来测量它的温度。当两者达到平衡状态时，选择物体与被测物体温度相等，于是，通过对所选物体的物理参量(如物体的尺寸，密度，电阻率，热电势和热辐射强度等)的测量，便可以定量地给出被测物体的温度数值。

测温方法很多，仅从测量体与被测介质接触与否来分，有接触式测温与非接触式测温两大类。接触式测温是基于热平衡原理，测温敏感元件必须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度，如水银温度计、热电偶温度计等就是利用此法测量。非接触式测温是利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触，而是通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度，如辐射温度计，光纤温度计等。接触式测温简单、可靠，且测量精度高。但是，由于测温元件需与被测介质接触后进行热交换，才能达到热平衡，因而产生了滞后现象。另外，由于受到耐高温材料发展的带动，两者测温范围都很广，测温上限原则上不受限制；测温速度也较快，而且可以对运动体进行测量。但是，对于非接触式测温会受到物体的发热率，被测对象到仪表之间的距离、烟尘和水汽等其他介质的影响，一般测温误差较大。

为了改进金属材料的生产与加工过程，在金属材料生产如连铸过程中，液态金属阶段的温度测量与控制对产品质量有着重要的影响。为了克服传统温度计的不足，人们一直在探索如何把超声测温技术应用于金属材料生产过程的液态金属阶段温度的在线检测。

2 实验基本原理

单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向上通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波，槽中的液体就相当于一个衍射光栅。途中行波的波长A相当于光栅常数。即

在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的汇聚透镜L1与可调狭缝s组成平行光系统，如图1所示。让垂直通过液槽(P Z T)，在玻璃槽的另一侧，用自准望远镜的物镜L2和测微目镜组成望远镜系统。若振荡器使P Z T芯片发生超声振动，形成稳定驻波，从测微目镜即可观察到衍射光谱，从图1中可以看出，当很小时，有：

其中，lk为衍射光谱零级至k级的距离；f为焦距。所以超声波波长：

超声波在液体中传播的速度：

我们可以从超声波在液体中形成的超声光栅的衍射谱中得到超声波的波速。

3 实验数据分析

我们测量了超声波在不同温度下的纯净水中传播时形成的超声光栅对汞光灯和钠光灯的衍射谱，相关数据见表1。在表2中我们列出了不同温度下纯净水中超声波传播速度的平均值。

温度与超声波在水中传播速度的关系如图2所示，黑点是实验的原始数据，实线是对数据线性拟合的结果。

从图2中我们能很清晰的看到，超声波在25～75℃的纯净水中的传播速度随着温度的升高而升高。用最小乘法对实验结果中不同温度下超声波在纯净水中传播的平均速度进行数据拟合，可得此范围内超声波与温度关系的近似解析式为：

在其他液体中，温度与超声波传播速度的关系也有类似上式的函数关系，因此可以猜想液体温度与超声波传播速度的关系式为：

4 结束语

我们利用超声光栅进行液体温度的测量，对比传统接触型温度计有着以下优点：

(1）反应速度比较快，可迅速达到热平衡；

(2）不与待测物接触，不会由于测量而影响待测物的温度；

(3）有实现数字化的可能，并进行记录和远传；

(4）测量时接触时间短，可降低对被测物体温度的影响。

因此超声波测温相比传统的测温方法可以达到更快速、更精确、测温范围更宽的要求，以满足工业生产、科学研究中温度精确测量和在线控制的需要，特别是在高温和恶劣的测温环境中。其实超声测温技术经过多年的发展，已开始应用于工业生产与实验室中，成为一种有发展前途的温度检测新方法。本文经过对温度和超声波速度的测量以及公式推导，得出利用光栅法来对超声波的传播速度与介质温度的确定关系来测量温度是比较精确的测温方法。

参考文献

[1]Goodman,J.W.著,詹达三,董经武,顾本源译.傅里叶光学导论[M].北京:科学出版社,1976

pH测量中温度影响探讨 第5篇

摘要：定量探讨了温度偏离对测量结果的影响.总结了实际pH监测中常见的温度相关操作错误和纠正措施.强调指出,待测溶液pH一定要在指定温度下测量,不能通过测量仪器上的温度调节或标准缓冲液对温度影响进行校正.作 者：宋国强    汪子良    SONG Guo-qiang    WANG Zi-liang  作者单位：宋国强,SONG Guo-qiang(湖北省环境监测中心站,武汉,430072)

汪子良,WANG Zi-liang(华中师范大学第一附属中学,武汉,430072)

期 刊：环境科学与技术  ISTICPKU  Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：, 30(z1) 分类号：X830.2 关键词：pH    温度    影响   

新生儿背部温度测量的临床观察 第6篇

doi：10.3969/j.issn.1004-7484（x）.2014.03.477 文章编号：1004-7484（2014）-03-1579-01

新生儿体温调节中枢功能不完善，体温波动较大，产热少，散热较多，自身体温的调节能力较差，易受周围环境温度的影响，所以，每天定时测量新生儿体温成为护理工作的主要内容。目前，临床多采用腋窝、直肠部位的温度作为新生儿的体温监测。而测量腋窝、肛门温度时，为了保证安全及温度准确，使体温计有效的接触皮肤并防止体温失落或折断。2010年3月我们对1000例新生儿进行腋窝和背部体温测试的观察对照，无统计学差异，现报告如下：

1 资料与方法

1.1 对象 随机抽取住院新生儿1000例，其中男800例，女200例，使用的体温计是上海医疗器械厂生产并检验合格的，每日15：00-16：00同时测量腋窝和背部温度。

1.2 方法 ①注意事项。新生儿室温保持在22-24℃。相对温度为55-65%；测体温前将体温计水银柱甩至35℃以下，经检验体温计误差<0.1℃，不合格不用；测量体温时要保持新生儿安静；测体温前30Min停止喂奶喂水。②方法：腋窝温度测量法与背部温度测量法同时进行，松开包被，将体温计常规消毒后，分别体温计置于腋窝内夹紧及背部温度测量（将温度计水银端从后劲置于脊柱与肩胛骨之间斜方肌部位，背部皮肤与床褥紧贴），2种方法测量10Min后，同时取出体温计。采用患儿自身对照法将测得的数据进行统计学处理。

2 结 果

1000例新生儿腋窝平均体温（36.88±0.52）℃：背部平均体温（36.90±0.57）℃，2组数据进行统计学U体验，W值=0.45691，P>0.05。2组体温无显著性差异。

3 讨 论

3.1 测量新生儿体温的部位临床上多采用腋窝，直肠等。测量腋窝，直肠温度虽然较准确，接近深部体温。但测量时需打升包被，尿体，且需要老人守护，要求护士用手托夫体温计，这样不能再短时间内为多为新生儿测量体温，增加了新生儿护理人员的工作量，所以直肠测温法在新生儿室难以普及。而腋窝温度测量时，由于新生儿手肩不宜固定，打开包被后易受凉，所以腋窝测量也不方便。

3.2 新生儿体温调节功能差，体表面相对较大，易随环境温度变化而变化，故每日定时测量新生儿体温成为护理工作的重要内容。虽然新生儿体温表温度不稳定，但由于机体主要依棕色胎肠产热，其分布多在中心大动脉，肾动脉固圊。肩胛区，颈和腋窝等血液供应丰富部位。实验通过对1000例。新生儿进行自身腋窝及背部温度测量的观察对照，统计学处理两者差异无统计学意义（P>0.05）。因为新生儿长时间卧床，由于身体重力的作用，背部皮肤与尿裤紧贴形成以密闭环境，使背部散热少，因此，背部温度也能反应小儿的体温，并且不需要打开包被，使新生儿的体温得到稳定。根据小儿生长发育特点，小儿到3个月时才能抬头，4个月才能翻身，因此，新生儿采用背部温度测量时体温计不易松脱，护士可利用测量背部体温的时间去做其他的护理。但为了保证背部溫度测量的准确性及安全性，新生儿的床单，包被衣服都应保持平整，使体温计的水银端与新生儿皮肤充分接触，避免在新生儿烦躁或吃奶时测量体温，病情危重的早产儿，极低体重儿及体温不升的新生儿要同时测量肛温，所以背部体温测量法克代替腋窝测温法，由于背部测量法操作简便，使用安全，易与固定，不易滑脱，护士省时，省力，值得推广应用。

参考文献

[1] 江秀敏，池秀容，郭胜斌.新生儿在场内测量时间的临床研究[J].中华护理杂志，2000，35（5）：272.

[2] 顾志萍，黄美玉，李亚法，等.基础护理学[M].福州：福建科学技术出版社，1994：84-89.

自动测量焦饼中心温度 第7篇

焦饼中心温度是焦碳成熟的重要标志。焦饼温度的均匀性是考核焦炉结构与加热制度完善程度的重要方面。当更换加热煤气种类、改变结焦时间、改变煤种及配比时都需要测量焦饼中心温度, 以便随时调节加热制度。现在大多数焦化厂均使用“插管测量法”, 这种传统的测量方法存在以下问题:1) 需要四个调火工在装煤孔处插入6米长的管子进行人工测量, 操作繁锁且时间长、劳动强度大、危险性高。2) 只能在加煤口处取点测量, 代表性较差。3) 测量时需要寻找测点, 存在人为误差。4) 在频繁变换配比时不能及时对焦饼中心温度进行测量。进而影响焦炉加热制度和焦炭质量。为此, 我们引进了焦饼中心温度自动测量系统。

2测量原理

LD-200便携式焦饼中心温度在线测量仪是一种结合非接触式测量方法和光纤传感技术, 实现高精度、高重复性、快速响应、非接触式测量和高性能价格比的新型光纤传感类测量仪器。光纤探头探测焦炭辐射的红外波密度, 经光纤传导进入光电转换单元, 经缓冲放大, 线性化处理后, 得到与被测温度信号成线性关系的电流信号, 该信号经内置高速单片机采集形成温度数据, 该数据保存在内置的存贮器中。

3自动测量系统的特点

3.1在拦焦车的导焦栅侧面, 取上、中、下三点, 安装三个光纤探头, 在推焦过程中对焦饼中心温度进行实时监测并进行数据采集工作。数据的采集原理利用微控制器和闪存技术, 采集周期为1秒, 每炉焦炭分别在上、中、下三点各取100个数据。

3.2智能地对碳化室号进行判定, 对相关温度数据进行管理、存储。

3.3数据采集线直接连接到中控窒主机上, 自动地对焦饼数据进行分析, 得到即时温度、峰值温度、平均温度等相关数据, 并分上、中、下三点绘出每一炉焦饼中心温度的实时测量曲线。

3.4根据需要对数据进行编辑、打印输出。直接指导焦炉生产和加热制度的制定, 使焦饼中心温度实现了在线管理。

3.5该系统的仪表部分采用便携式箱体结构。上层为仪表控制部分, 下层为电源、变送器、探头部分。将光纤探头安装在导焦栅的侧面。测量时, 用光纤将箱体和探头连接在一起。接通电源, 即可开始测量。 (见简图)

4与传统焦饼测量法相比的优点

4.1温度测量精度高, 能达到±1oC;而传统插管测量法需用光学高温计测量, 测量精度仅为±20oC。

4.2焦饼中心温度实施了自动测量, 在炭化室长向上共有100个测点, 可以掌握整个炭化室长向焦饼成熟情况;而传统插管测量法只在加煤口处取点, 只能代表取点处焦饼中心温度, 不能代表整个炭化室情况。

4.3焦饼中心温度自动测量系统方便、快捷, 将探头与仪表箱连上后, 即可自动测量, 不需人为操作;而传统插管法需岗位工在加煤口处插、拔6m长的铁管, 不仅费时、费力, 而且由于焦饼管太长, 存在触电、烫伤等安全隐患。

5安装及调试过程中存在的问题处理方法

5.1我们在调试过程中发现, 上部温度比中部温度低200oC左右, 同时各测点温度大部分为温度低限值。为此我们专门到现场看推焦情况, 经过多次观察发现, 由于重力作用, 上部三分之一左右的焦炭会提前落下, 导致上部探头测空, 上部平均温度偏低。为此我们把测温探头往焦炉侧移了500mm, 解决了上部测空问题。

5.2我们在对2#拦焦车进行调试时发现, 下部测温总是比上部低100oC左右, 可看出炉又没有什么问题, 经过检查发现导焦栅上开口较小, 又把开口扩大了, 扩完孔后温度没问题了。

6使用效果

焦饼中心温度自动测量系统经过半年运行后, 取得了较好的效果。

6.1我厂由于煤源紧张, 一个月调好几次配比。传统测量时, 由于调节频繁, 无法安排测量焦饼中心温度。有了焦饼中心温度自动测量系统后, 随时可以测量。同时我们将焦饼中心温度的定期测量由原来的半年一次调整为现在的半个月一次, 能够及时了解焦饼的成熟情况。并根据测量结果对焦炉加热制度进行及时的调整, 确保焦炭质量的稳定。

6.2使用光纤探头自动测量, 避免了传统测量方法中的人为误差因素, 使测量更具有客观性。为加热制度的调整提供了更精确的依据。

6.3焦饼中心温度实施自动测量后, 根据测量结果及时对加热制度进行调整, 降低了加热燃料的消耗, 达到了节能降耗的目的。

7结论

皮革收缩温度测量方法的研究 第8篇

收缩温度(Ts)是表征皮革材料热稳定性的一个重要参数,具体指皮革在特定环境中受热后开始产生收缩形变时刻所对应的温度。国家关于Ts的检测标准《皮革物理和机械试验收缩温度的测定》(QB/T 2713-2005),明确将收缩形变的时刻具体量化为“最大长度收缩0.3%”,即6.8条检查记录数据或指示器与相应温度所形成的曲线,找出试样从最大长度收缩0.3%时的对应温度,记录这个温度作为收缩温度[1,2,3]。快速准确地检测皮革的Ts,对于及时有效地指导皮革加工生产工艺以及深入地专业研究意义重大。目前,国内外所有的测量皮革收缩温度的仪器,不管是较原始的“GJ901型指针式”皮革收缩温度测定仪,还是随着电子技术发展先后研制并提供市场的“Hg收缩温度记录仪”,和陕西科技大学阳光电子研究所研制的、居于国内外先进水平的“MSW-YD4型数字式皮革收缩温度测定仪”,都不能准确可靠地完成总长度收缩0.3%的检测。如用指针式测定仪,30s采集一次数据所绘制的曲线相对来说很粗糙,查找总长度收缩0.3%时刻的对应温度实际上无法实现。用自动化的数字式检测仪器,收缩形变(位移)传感器要在复杂的加热环境中准确可靠地检测出0.15mm(即试样总长度为50mm时的0.3%)的位移量,实际非常困难。为了提供可靠的试样收缩形变信号,一般都设定总长度收缩形变10%或者更大时对应的温度作为Ts,否则在长达1h左右的测量过程中,加热介质(水或甘油)对皮革试样的不可避免地环境影响(收缩形变大于0.3%)以及电路中必然存在的各种干扰,都可能误作为试样受热后的收缩形变信号,而被计算机误判后作为Ts被锁定,使自动检测类仪器无法正常工作。

寻找一种既能准确可靠地获得皮革试样真正收缩形变开始的信号,又能严格按照皮革收缩温度检测标准规定被检测皮革试样受热收缩形变0.3%时刻对应的温度作为其Ts,就成了自动检测类型仪器的关键技术。

1 方法

每隔1~2s(根据需要甚至更短时间间隔)记录一次数据,将所构成的皮革试样总长度变化与相应温度变化的复合曲线图及其数据组,适时保存在与之配套的上位机数据库中,仍然使用原来位移传感器自动检测总长度收缩10%时,作为皮革试样真正受热后收缩形变的可靠信号,再通过软件设计实现自动回头在数据库中,查找皮革试样受热后收缩形变0.3%时刻对应的温度值(或者与收缩形变0.3%标准差值最小的记录数据所对应的温度值)[4],并把此温度作为收缩温度Ts,便完全符合测量标准的相关规定。这种方法的软件设计流程图如图1所示。它既有效排除了检测现场各种环境因素以及信号处理电路中不可避免的各种干扰因素的影响,保证准确可靠地采集皮革试样受热后收缩形变的信号;又通过软件设定的方式回头在上位机数据库中,查找检测标准明确规定的皮革试样受热后收缩形变0.3%时刻所对应的温度,以此作为该皮革试样的收缩温度进行显示及锁定。

这种方法不但在理论上成立,而且在实践中通过“MSW-YD4型数字式皮革收缩温度测定仪”配置上位机后,按此方法进行检测的试验结果证明也是可行的[5]。

2 效果

依据发明专利“一种皮革收缩温度测量仪(ZL200510022767.5)”所述工作原理[6],制作出的“MSW-YD4型数字式皮革收缩温度测定仪”,在国内外首次实现一次同时自动检测4个皮革试样的收缩温度进行显示和锁定。由于皮革试样收缩形变信号准确可靠地采集受到各种干扰因素的限制,故通常主机显示的温度都是皮革试样受热后发生收缩形变10%左右时所对应的环境温度,而非标准规定的收缩形变0.3%时刻对应的环境温度;为保证皮革试样受热后发生收缩形变信号的可靠性,也多以此检测参数用来指导皮革鞣制过程生产工艺。仅管通常情况下皮革试样受热后开始发生收缩形变的过程很快(几秒内,参见图2a数据组),如果将此数据作为质量检测部门出具的收缩温度,显然不符合检测标准中相关规定的检测条件。

如果按照上述方法,利用专用软件通过数据线把主机检测过程中检测到的所有数据(温度及试样长度随着时间变化等),适时发送到上位机的数据库中存储,然后仍以皮革试样受热后发生收缩形变10%时刻所对应的状态作为皮革试样真正收缩形变信号,并保证其准确性和可靠性。当计算机检测到该信号时,并不将其对应的环境温度作为收缩温度予以显示和锁定,而按图1所示的程序流程图在数据库中回头查找皮革试样受热后发生收缩形变Δ,等于总长度的0.3%时刻所对应(或者最接近)的环境温度,并以后者作为该皮革试样的收缩温度Ts调出进行显示并锁定。这样就完全满足了皮革收缩温度检测标准的相关规定条件。

把整个检测过程中(1h左右)所有的原始数据以数据组或者曲线的格式保存或者显示(如图2b曲线图所示),将皮革试样的热稳定性性能从收缩温度一个点扩展到整个受热全过程,为皮革专业全面深入进行高层次的研究创造了条件。该系统具体组成如图3所示。还可根据需要以word的格式,将各个皮革试样的相关信息和收缩温度Ts以及整个检测过程中的数据曲线,直接一次打印在检测报告单中,如图4所示。

3 结论

在MSW-YD4型数字式皮革收缩温度测定仪上,增加适时数据采集并建立数据库。通过增加收缩形变门槛的方法,提高试样受热后收缩形变信号的可靠性(将皮样总长度收缩0.3%增加到10%),再通过软件设计实现自动回头在数据库中查找皮革试样受热后收缩形变0.3%时刻所对应的温度值(或者与收缩形变0.3%标准差值最小的记录数据所对应的温度值),并把此温度作为收缩温度Ts,则完全符合测量标准的相关规定。这样有效地克服了检测现场各种环境因素以及信号处理电路中,不可避免地各种干扰因素的影响,保证准确可靠地采集到皮革试样受热后收缩形变的信号;再通过软件设定的方式返回来,在上位机数据库中查找检测标准明确规定的皮革试样受热后收缩形变0.3%时刻所对应的温度,作为该皮革试样的收缩温度Ts进行显示并锁定。完全解决了长期以来自动检测类仪器无法准确获得总长度收缩0.3%时刻信号的老大难技术问题,为皮革收缩温度参数标准化测量创造了条件。

参考文献

[1]皮革物理和机械试验收缩温度的测定QB/T2713-2005

[2]蒋维祺.皮革成品理化检验.北京:中国轻工业出版社,1999

[3]席斌,高雅琴,常玉兰,等.对QB/T2713-2005《皮革收缩温度的测定》的思考[J].西部皮革,2007(10):10-11

[4]Corporation M.MFC Development Using Microsoft Visual C++6.0[M].Wash-ington D.C:Microsoft Press,2000:331-336

[5]宁铎,王蒙军,马建中,等.新一代非接触式皮革收缩温度检测仪的开发与研制[J].中国皮革,2007,36(13):32-35

温度梯度冷线测量研究 第9篇

湍流中, 小规模的运动只取决于它在大规模运动时被提供的能量率和对运动粘度率。能量的供应率和消耗率是相等的。有了这个概念, 小规模的能量的粘性耗散可以从大规模的动力学估计得出, 而不涉及粘度。这一估计是假设湍流理论的基石之一[1]。

温度耗散率χ是小尺度湍流结构的重要特性参数, 定义为:

其中κ是流体的热扩散系数, θ, i代表温度梯度, θ, i定义为:

由上所述, 可以看出温度梯度鄣θ/鄣ui对温度耗散率χ至关重要。DNS (Direct Numerical Simulation) 可以用来直接计算温度耗散率χ, 但在风洞试验中, 由于误差及干扰信号等问题, 准确测量温度梯度并不容易。

因此, 本文的主要目的是通过改变平行的2根冷线间距来研究低速风洞中冷线间距对温度梯度测量的影响, 并确定最佳间距。本文第二个目的是测量各向同性流体中的温度梯度, 并和理论值进行比较, 以评估利用冷线测量温度梯度最佳距离的合理性。

1 测量原理

湍流研究中, 因其较高的时间分辨率, 冷线风速仪是最流行的测量空气温度的方法之一, 其测量原理如下:

当流体通过一根热线, 流体的速度波动会造成传感器的对流传热系数的改变。电线的元素产生的冷却是由敏感的惠斯登电桥记录的。对电阻变化进行监测是通过了各相关的电子方法, 此方法是由流量变化给出信号的。因此热丝法可以用于测量在一个特定的点瞬时流量。

在系统开始运作之前, 可调电阻设置为一个大于平衡的桥梁所需的值。当通电时, 反馈放大器提高了传感器的电阻, 直到桥变得平衡。流速增加导致传感器冷却和桥梁不平衡。一个微分反馈放大器检测桥梁, 并自动调整不平衡电流传感器桥保持电桥平衡, 从而持有导线温度随着速度变化保持几乎不变。大桥的电压差与流体的速度成正比, 因此作为测量输入来确定流在某一时刻的流动速度。

与恒温仪相反, 恒流仪在低过热的比例时提供恒定的热量给传感器, 使之充当了电阻温度计。如图1所示, 恒流仪包含了惠斯登电桥电路和放大器, 但没有使用到反馈技术。相反, 桥接电流是由一个固定的电源提供。

在这个应用中, 惠斯通电桥只在一流上平衡, 并且一旦此流改变, 电桥也随之失去平衡。恒流仪电桥的电压差是流温度的函数。

冷线需要进行标定, 以得到其温度系数α。恒流仪 (电压) 的输出与上述环境下的温度线性相关:

其中, α是冷线温度系数, Ec是输出电压, G是恒流仪的增益, I恒流仪设定电流, R是未加热冷线的电阻, T是流体温度, C是标定常数。

一根冷线的温度灵敏度随其电阻变化。因此, 在冷线探测器组装好之后标定每个冷线探针来获得温度系数是非常必要的。在获得温度系数α之后, 公式 (3) 被用来把恒流仪中压力信号转变为温度信号。本研究中, 流体的平均温度是由热电偶 (K型) 与HP-34970A型数据采集系统一起测量得到的。

2 实验步骤

该实验所用风洞尺寸为:1.2米 (宽) ×0.8米 (高) 和2.4米。所用冷线如图2所示。

本文将改变平行的2根冷线间距△x2来研究冷线间距△x2对温度梯度测量的影响, 并确定最佳间距△x2。冷线直径为5μm, 材料为镍丝。冷线尖端直径约为0.1mm。即2根冷线有4个尖头, 尖头放置方向与来流方向平行, 以减少空气流动干扰。冷线风速仪CCA内部过热率设定为2。标定时, 冷线探头放置在风洞中心线位置。采样频率设置为1600Hz, 温度采样周期设置为30秒。本实验A/D转换器为16位。

3 实验结果

图3为所测定的温度梯度及其和理论值的比较。根据各向同性湍流温度场可以得到, 在各向同性温度场中[1,2,3]:

本研究空气流速5m/s, 冷线放置在x/d=240圆柱尾流处, 其中d为实验所用圆柱直径。本文温度梯度将利用有限差分法进行计算, 可以预测, 当2根冷线间距△x2趋向于于0时, 所测的的温度梯度将趋向于理论值。然而, 图3中, 当2根冷线接近时 (即冷线间距△x2<3) , 温度梯度二阶矩却非线性的表现出增长。然而, 另一方面, 当△x2很大时 (△x2>5) , 温度梯度二阶矩的测量值低于理论值 (Pr/3) 。这是由于两条平行冷线间距过大所导致的空间衰减所导致的。图3表明, 当5<△x2<3时, 冷线测量值和理论值符合较好, 因此, 最佳△x2应该为3-5η (η为柯尔莫伐洛夫长度尺度) [1]。

图3平行的2根冷线间距△x2来对温度梯度测量的影响。□, 冷线测量值 (校正前) ;茛, 冷线测量值 (校正后) ;┅各向同性理论值 (Pr为普朗特常数) 。

4 结论

通过改变平行冷线间距, 实验观测到, 当两根冷线接近时, 即△x2<3, 温度梯度二阶矩呈现剧增, 而△x2很大时 (△x2>5) , 温度梯度冷线测量值低于理论值 (Pr/3) 。当5<△x2<3时, 冷线测量值和理论值符合较好, 因此2根冷线最佳最佳间距应为3-5柯尔莫伐洛夫尺度, 并由此表明温度梯度可以被2根平行冷线准确测量出来。S

摘要：本文主要目地是通过改变2根平行的冷线间距来研究低速风洞中冷线间距对温度梯度测量的影响, 并确定最佳间距。本文实验结果表明当冷线间距为35柯尔莫哥洛夫尺度时, 温度梯度可以通过有限差分方法准确估算出来, 并接近各项同性理论值。

关键词：风洞试验,冷线,温度梯度

参考文献

[1]Tennekes, H.and Lumley, J.L.A first course in turbulence[M].MIT Press, 1972.

[2]Potter, M.C.and Wiggert, D.C.Mechanics of Fluids[M].3rd Edition.Prentice Hall, 2001.

温度测量 第10篇

国内大型火力发电厂在锅炉出口处设计有烟温探针系统, 用来测量锅炉出口烟气温度, 防止在锅炉启动时因再热器没有蒸汽流过, 导致再热器超温而烧坏。常规烟温探针为可伸缩式, 测温元件为热电偶, 即采用接触式测温。实际使用过程中因为伸缩机构等部件, 在高温下运行常常出现故障, 如高温变形、卡涩, 导致烟温探针无法正常使用, 严重影响锅炉及机组安全, 本文中介绍红外线温度测量技术, 采用非接触式测量, 没有伸入炉膛的机械结构, 可以有效避免上述问题发生, 实现对炉膛出口温度的全过程检测, 大大提高机组运行安全性。

1 温度测量技术

炉膛烟气温度测量, 有接触式及非接触式两种测量方式。接触式测温在电站温度测量中有着广泛的应用, 如热电阻、热电偶、双金属温度计等等, 均属于接触式温度计。锅炉烟温采用热电偶, 接触式测温的特点是感温元件直接与被测介质接触, 具有响应时间快、测量精度高、使用方便、结构简单的优点, 其缺点是受被测介质冲刷, 在炉膛高温、灰粉恶劣的工作环境下测温元件保护管易磨损, 从而影响其使用寿命。非接触式测温主要包括声学法和光学法两种, 光学法又可分为辐射光谱法和激光光谱法, 红外线温度计为辐射光谱法温度检测的典型应用, 其原理是通过测定烟气中一些成分的气体光谱, 从而测定气体的温度。红外线测温装置由于没有机械传动部件, 设备维护工作量小, 可靠性高, 测量精度在±1%, 体积较常规烟温探针小, 节约空间, 安装简单, 不会出现卡涩, 变形磨损等等设备损坏故障[1]。

2 烟温探针与红外线炉膛温度计

国内大型电站设计的烟温探针一般装设在锅炉两侧出口烟气处, 每侧装设一套烟温探针, 主要用于在锅炉启动时, 检测炉膛出口出烟温度, 防止再热器管子烧坏, 也用于低负荷时烟气温度检测。烟温探针包括支撑系统、测温及控制系统、位置控制系统、冷却系统、控制柜等部分组成。烟温探针为接触式温度测量, 热电偶固定在烟温探针顶部, 探针可以将测温热电偶送入炉膛, 使热电偶在炉膛内做伸缩运动, 探针可以连续或间隙前进, 也可停留在任意位置, 超温时退出。热电偶沿炉膛宽度方向测量不同位置上温度, 将测得的温度远传至集控室, 供运行人员监视。烟温探针由于结构复杂, 机械部件多, 且探针需要在高温, 高粉尘的炉膛内伸缩运动, 在使用中容易出现热电偶故障, 行程机构卡涩, 高温变形, 探针无法伸缩等问题, 使烟温探针不能正常工作, 不利于机组安全运行。

非接触式光学法测温根据物体的辐射能量随其温度变化而变化原理制成。在自然界中, 当物体的温度高于绝对零度时, 就会不断地向四周辐射电磁波, 其中包含了波段位于0.75μm~100μm的红外线。按照普朗克辐射定律, 单位面积单位时间辐射功率和温度的四次方成正比。根据这个关系可以得出:随着温度升高, 物体的辐射能量加强, 辐射峰值向短波方向移动, 这是红外辐射理论的出发点[1]。

电站中使用的红外线炉膛温度计, 基于高温CO2光谱分析法测量温度。其原理是燃料在燃烧过程中会产生大量的CO2气体, 通过对接收高温CO2红外光谱进行分析, 即可获得温度参数。红外线炉膛温度传感器设定为CO2光谱, 当视场内CO2气体被加热到特定温度时, 传感器可以直接测量出CO2气体的温度, 也即此时炉膛内烟气温度。

红外线炉膛温度计主要由红外遥感探测器、冷却装置、安装连接件等组成。特制的红外滤色镜使其光谱反应只接受CO2特殊红外光谱段能量, 并可以屏蔽杂乱红外辐射及干扰, 保证了测量精度。红外线炉膛温度计不适合CO2浓度过低的区域, 一般要求视场内CO2浓度在10%以上。

红外线炉膛温度计采用非接触测量, 没有需要转动、活动的部件, 系统简单, 维护费用低。相比烟温探针长达5 m~10 m的行程机构, 红外线炉膛温度计体积、重量大大减少, 每个探头重量仅十几千克, 减少安装空间。测量范围120℃~1 650℃, 高温不必退出, 可以实现全过程检测烟气温度。

3 红外线温度计在电厂中的应用

国内电厂对炉膛出口处温度测量主要采用烟温探针, 重点监视锅炉点火时烟气温度, 防止再热器超温。但由于烟温探针结构性缺陷, 烟温探针高温变形后, 行走机构不能伸进、退出, 导致其不能正常运行, 许多电厂烟温探针成了摆设, 失去锅炉出口温度监视必要手段, 给锅炉启动运行带来危害。在锅炉正常运行时, 因炉膛燃烧环境特殊性, 任何直接接触式热电偶在高温、粉尘的环境下都无法长期工作, 因此无法实现全过程监控炉膛出口烟温的检测, 以致造成炉膛出口结焦、水冷壁一侧磨损、管壁超温等事故发生。

红外线温度计因采用非接触式测量技术, 避免了与炉膛内高温, 粉尘介质接触, 整个装置结构简单, 没有推进装置, 可以实现从启动到正常运行的全过程烟气温度检测, 为锅炉运行提供更详细的燃烧数据, 从而有效减少锅炉烟气超温引发的各种事故。

红外线温度计在国外从80年代起得到推广应用, 逐步取代了烟温探针, 国内电厂从近几年开始使用, 也取得良好效果。目前红外温度计代表产品有美国JNT公司的Infra-view和美国FGS公司Boiler-temp II。以JNT公司的Infra-view为例, 红外线炉膛温度计智能传感器技术参数如下:

测量精度:可达1%;

测量范围:120℃~1 650℃;

信号输出:标准4 m A~20 m A信号输出, 带HART协议;

最大负载:700Ω;

工作环境温度:121℃;

视场角:30﹕1;

反应时间:100 ms;

防护等级:NEMA 4;

探测器总长度尺寸:约60 cm。

传感器有保护冷却套及超温保护装置, 在非正常工况下保护传感器。整套装置的性能完全能满足锅炉炉膛烟气温度测量要求。

Infra-view传感器目前在国内已在70多家电厂100多套锅炉上安装使用。如深圳妈湾发电厂、大唐湖南耒阳电厂、宁夏中宁发电厂等等。各个电厂成功的应用表明, 用红外线温度计完全可以取代烟温探针。由于红外温度计设备采购价格较烟温探针要贵一倍左右, 许多电厂基于价格因素选择常规烟温探针, 但从长远使用来看, 红外温度计以其结构简单, 安装方便, 免维护, 能提供全过程监测数据的优势, 将会在电厂中得到越来越多的应用。

4 结语

随着电站机组规模增加, 对机组自动化控制水平提高, 对电厂的检测提出越来越高的要求, 红外线温度计以其简单的结构、精确的测量、稳定的工作性能, 将会在更多的电站得到越来越广泛应用。

参考文献

温度测量 第11篇

关键词：蒙皮气动热； 红外热像仪； 热电偶； 铂电阻

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0014-02

飞机在高速飞行时由于气体与蒙皮表面摩擦，使大量的动能转变为热能并传递到蒙皮表面[1]，这种由气动力加热引起的长波8～14μm蒙皮辐射使得高速飞行的作战飞机在单调的天空背景中成为一个明显的红外辐射目标[2，3]，而风洞试验则是研究和预测超声速飞机气动热环境的主要技术途径[4]。我国在飞机蒙皮气动热风洞试验方面起步较晚，目前对蒙皮材料及涂层在飞行环境下的红外辐射、散射特性参数缺乏必要的试验测量。

中航工业气动院的直流连续式跨音速FL-7风洞经过适当改造后即可成为气动加热红外测试平台。但由于该风洞试验段尺寸小、风速高，因此在该风洞内实现对模型的表面温度测量具有一定的技术难度。

本文从某型号飞机全机模型的迎头红外特性测试试验入手，详述了飞机蒙皮气动热试验温度测量的方法，并为下一阶段的试验提出改进方案。

1　测量方法

针对风洞中模型表面温度分布测量，目前采取非接触式和接触式测量相结合的方式。其中非接触式选用红外热像仪测量模型正前方温度场，结合风洞实际情况，将热像仪安装于蜂窝器处，使热像仪光轴同飞机缩比模型纵轴重合。示意图参见图1。

接触式测量则选用热电偶和铂电阻布置在机翼，测量表面特征点温度。在位于相对较薄的机翼中段采用热电偶，在相对较厚的机翼根部使用铂电阻。

2 FL-7风洞气动加热试验

2.1　试验风洞及设备

FL-7风洞试验段口径：0.52m×0.64m，马赫数从0.2～1.5连续可调，并可持续吹风达0.5小时。

试验所用红外热像仪型号为FILR SC3000，工作波段8～9μm。热电偶为T型微细铠装热电偶，量程-200～+300℃，精度0.5℃。铂电阻为薄膜型铂电阻，量程-80～+80℃，精度0.1℃。

2.2　试验过程

模型机身材质为碳钢，为了提高模型表面发射率，在模型表面喷涂了亚光黑漆。试验段环境参数：温度266K，1标准大气压，空气密度1.225kg/m3。热像仪采集帧频为60Hz，图像分辨率为320×240，热电偶与铂电阻采集周期0.3s。

试验过程如下：1）将模型与测量系统安置于风洞内；2）对红外热像仪进行标定；3）采集风洞吹风时的测量数据并存储到计算机；4）气动加热过程达到稳态后，停车。

2.3　试验结果及分析

本次试验分别在马赫数1.2和1.4下对碳钢和尼龙机头进行了吹风测试，并利用红外热像仪对两种马赫数下两种材质机头进气道堵锥中心点采集了温度数据，此外还借助热电偶和铂电阻对相应马赫数下机翼上不同特征点采集了温度数据。

试验结果参见图1～图6，图中横轴为时间，纵轴为温度。

从图1～图4以及图5、图6中机翼前缘都能看出，风洞开始吹风后，被测点温度迅速下降至大气环境温度，经过小幅度波动之后，温度缓慢上升，并最终趋于稳定，而尼龙机头由于导热慢，温度上升的趋势更为明显。这个过程验证了飞机在超声速巡航状态下蒙皮气动加热现象，试验测量结果与理论分析符合得较好。尽管温度提高幅度不大，但是根据斯忒藩-波耳兹曼定律，红外辐射强度与热力学温度的4次方成正比，因此模型表面红外辐射强度提升得依然很可观。接下来，只要再得到模型表面发射率，传热系数等物性参数就可以进一步获得模型的红外特性。

3　存在的问题及解决途径

本次试验只是定性的验证了蒙皮气动加热现象，试验中暴露了红外背景干扰过于严重的问题。从图2、图3的对比可知，吹风后发动机的高温导致模型后方红外特征明显，再加上洞壁反射等因素干扰了红外热像仪的测量，同时模型支撑系统与模型本身温度相近，难以将模型红外轮廓与支撑系统精确分离。预计的解决途径是在试验段后方加装遮挡装置，在风洞内壁刷黑漆降低反射，增加冷却设备降低支撑系统温度，同时加工新镜头，调整焦距，使得模型尽量充满视野，减小背景区域。此外，为了实现模型红外辐射的定量计算，还需使用标准黑体面源校准红外热像仪。

4　结语

这种将热电偶、铂电阻和红外热像仪组合应用在风洞飞机蒙皮测温试验中的测量手段在国内尚属首次实施。最终成功地实现了对气动加热现象的实时观测和各个特征点温度值的定量测量。由此证明了这种非接触式和接触式测量相结合的测量方案是可行的，有效的。为下一阶段红外特性测试试验奠定了基础，确定了改进方向。

参考文献

[1]　范绪箕.气动加热与热防护系统[M]. 北京：科学教育出版社，2004.

温度测量 第12篇

1、STM32内部温度传感器

意法半导体集团 (ST) 当前推出的STM32是基于ARM突破性的Cortex-M3内核的32位微控制器系列。Cortex-M3瞄准单片机领域和嵌入式应用, Thumb-2指令集以其先进的结构特性以减少的代码占用空间和行业领先的高性能, 为业界带来了一个小巧、低功耗的理想平台。STM32更是以丰富而高性能的外设以及汽车级的稳定特性等优势正使越来越多的从业者采用其作为控制核心。[1,2,3]

STM32有一个内部温度传感器, 可以用来测量CPU及周围的温度 (AT) 。温度传感器在内部和ADCx_IN16输入通道相连接, 此通道将传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器的采样时间推荐为17.1 sm。

当没有被使用时, 传感器可以置于关电模式。必须设置T S V R E F E位使能内部通道:A D C x_I N 1 6 (温度传感器) 和ADCx_IN17 (VREFINT) 的转换。温度传感器电压随温度线性变化。精确度为±1.5℃, 支持的温度范围为-40℃~125℃。[4]

使用传感器读温度的一般步骤为:

(1) 选择ADCx_IN16输入通道。

(2) 选择采样时间为17.1 sm。

(3) 设置ADC控制寄存器2 (ADC_CR2) 的TSVREFE位, 唤醒关电模式下的温度传感器。

(4) 通过设置ADON位启动ADC转换 (或用外部触发) 。

(5) 读取ADC数据寄存器中产生的VSENSE数据。

(6) 利用下列公式得出温度:

温度 (℃) = ({V25-VSENSE) /Avg_Slope}+2 5 (1) [4]

这里:

V25=VSENSE在25℃时的数值

Avg_Slope=温度与VSENSE曲线的平均斜率 (单位为mV/℃或mV/℃)

此公式实际上是由VSENSE和温度AT的线性关系推导出来的。VSENSE随AT增长而线性减小, 其夹角a的正切tanα即为曲线的平均线率Avg_Slope, 线上任意一点满足公式 (1) 。

温度传感器各参数如表1所示:

传感器从关电模式唤醒后到可以输出正确水平的VSENSE前, 有一个启动时间。ADC在上电后也有一个启动时间, 因此为了缩短延时, 应该同时设置ADON和TSVREFE位。

2、STM32温度测量系统

硬件系统为以STM32F103VC为核心的开发板, 外设资源丰富, 调试方便。为减少其它部分影响, 本实验只用到最小系统驱动LCD1602字符液晶。

主程序的流程图如图1所示:

程序是基于STM32F10x标准外设驱动库3.1.2版本的, 直接调用库函数, 因而易读性强, 移植性好。

温度传感器的配置程序只需在ADC配置函数void ADC_Config (void) () 中修改添加以下代码:

// (修改代码) 通道ADC1_IN16, 采样时间为最大的239.5周期, 第1次转换

ADC_RegularChannelConfig (ADC1, ADC_Channel_16, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5) ;

// (添加代码) 使能温度传感器和内部参考源

ADC_TempSensorVrefintCmd (ENABLE) ;

以上2条语句是温度传感器需要在一般ADC配置程序中重点修改添加的部分, 选用温度传感器所占用的通道并设置最大的采样周期, 实验证明, 设置小了会不工作或有一定误差。而使能温度传感器和内部参考源语句是一般ADC程序不需要的, 它使得ADC1_IN16、ADC1_IN17内部通道与TSVREFE控制位相连接。

数据处理函数程序如下:

由于温度传感器是12位ADC的一个通道, 参考电压为3.3V, 所以先计算AD值如第一行语句。根据实验, 得出公式1中的V25=1380m V, Avg_Slope=4.3m V/℃, 为了避免进行浮点运算并且需要得到小数点后一位温度值, 所以如第二行语句中得温度值扩大为原来的10倍。

在STM32器件旁1cm处摆放水银温度计, 量程-27℃~50℃, 精度±0.5℃, 利用电风扇和电吹风机对STM32器件周围进行冷热吹风改变其温度, 测量结果如下表2所示:

由上表可以看出, 传感器值-温度计值以25度为符号改变分界点, 这主要是由公式 (1) 造成的。

3、结语

通过对STM32内部温度传感器的特性进行了研究, 在现有开发板的硬件基础上进行了实验, 从而确定了温度公式的重要参数。对关键代码进行了分析, 代码采用调用ST官方标准外设驱动库函数的形式, 使得用户代码简洁且具有很好的可读性和兼容性。最终实现了温度测量系统并进行了一组温度测量、对比与分析。此方法适用所有的STM32系列微处理器, 具有很好的通用性。

参考文献

[1]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京航空航天大学出版社, 2008:1-5.

[2]王永虹, 徐炜, 郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M]北京:北京航空航天大学出版社, 2008:2-8.

[3]彭刚, 秦志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践[M].北京:电子工业出版社, 2011:1-3.