一种热电偶温度信号的采集方法技术

本发明专利技术揭示了一种热电偶温度信号的采集方法，包括如下步骤，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温度变化而引起的热电势变化量；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；通过运行放大器将热电偶信号进行放大；采用A/D转换器对热电偶信号进行采集，并转换为温度数字信号；RISC嵌入式处理器接收温度数字信号。本发明专利技术热电偶温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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及一种热电偶温度信号的采集方法。
技术介绍
热电偶是一种测温传感器，它直接测量温度，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，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为冷端，冷端通常处于某个恒定的温度。根据热电动势与温度的函数关系,制成标准热电偶分度表。分度表是冷端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶测量温度时要求其冷端的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的环境温度变化，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温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。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温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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述的技术问题，提出一种热电偶温度信号的采集方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种热电偶温度信号的采集方法，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温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，并转换为温度数字信号；S5信号接收步骤，RISC嵌入式处理器接收温度数字信号。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温度，绘制热敏电阻阻值与温度关系表；S13根据热敏电阻阻值与温度关系表绘制热电偶分度表。进一步地，所述步骤S11中，热敏电阻由镍丝线绕电阻与锰铜丝线绕电阻串联而成。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=1/2πRC。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。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。本专利技术的有益效果：热电偶温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。附图说明图1是本专利技术一种热电偶温度信号的采集方法的流程图；图2是本专利技术中冷端电桥补偿电路的示意图；图3是本专利技术中RC低通滤波电路的示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种热电偶温度信号的采集方法，如图1所示为本专利技术的流程图，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温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，并转换为温度数字信号；S5信号接收步骤，RISC嵌入式处理器接收温度数字信号。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温度，绘制热敏电阻阻值与温度关系表；根据热敏电阻阻值与温度关系表绘制热电偶分度表。其中，热敏电阻由镍丝线绕电阻与锰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=1/2πRC。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。以下为对本方案的原理阐述：热电偶信号采集与显示是温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温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NIOSⅡ软核作为RISC嵌入式处理器，具有高度的灵活性和可配置性。对本专利技术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温度差的函数。为了使热电偶输出的电势是被测温度的单一函数，通常将热电偶冷端保持为0℃,并且各种型号的热电偶分度表所列数值均以冷端温度0℃为基准而制成的。但在实际中做到这一点很困难,于是就产生了热电偶冷端补偿问题。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温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是用温度系数小的高精度电阻组成，Rx是用电阻温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。热敏电阻是由镍丝线绕电阻与锰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温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，就能够测量出环境温度的变化。热敏电阻是把温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温度信号采集装置。当环境温度为0℃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。当环境温度变化时，热电偶的冷端和热敏电阻Rx感受相同的温度变化，从而Rx电阻值也随温度而改变，使电桥失去平衡，有不平衡电势差ΔE1输出；与此同时，冷端温度的变化使热电偶的电势值随之变化ΔE2。设置电桥补偿电路中的各电阻值，可以设计出ΔE1与ΔE2数值相等、极性相反，则叠加后互相抵消，因而起到冷端温度变化自动补偿的作用。具体实施例中，冷端电桥补偿电路均采用高精度低温漂电阻，选用桥臂电阻R1、R2、R3为90.1Ω，限流电阻为5.4KΩ,电压源为2.5V。当热敏电阻Rx为90.1Ω时，补偿电桥两点的电压差Ua-Ub输出为0，电桥平衡。因此推导出电桥的平衡温度为0℃时，电桥平衡，冷端补偿电压差为0V。当热敏电阻Rx所在的环境温度变化时，其电阻值会发生变化，导致补偿电桥两点的电压差也会发生变化ΔE1。与此同时，冷端温度的变化使热电偶的电势值随之变化ΔE2。设置合适的补偿电桥电路的电阻值，可以设计出ΔE1与ΔE2数值相等、极性相反，则叠加后互相抵消，因而起到冷端温度变化自动补偿的作用。热敏电阻Rx阻值与温度关系如下表1所示：热电偶电动势与温度关系如下表2所示：当热敏电阻Rx所在的环境温度为30℃时，其电阻值变化为100.90Ω，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电偶温度信号的采集方法，其特征在于包括如下步骤：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温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，并转换为温度数字信号；S5信号接收步骤，RISC嵌入式处理器接收温度数字信号。

【技术特征摘要】
1.一种热电偶温度信号的采集方法，其特征在于包括如下步骤：
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温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，并转换为温度数字信号；
S5信号接收步骤，RISC嵌入式处理器接收温度数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种热电偶温度信号的采集方法，其特征在于所述步骤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...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯大勇，常晨晨，潘申杰，李兵强，
申请(专利权)人：苏州长风航空电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32