一種熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器電路，屬于教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)為大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一，熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證熱電偶測(cè)溫的原理。測(cè)量時(shí)當(dāng)熱電偶其一端置于o°c的溫度中，而另一端的溫度在o°c到某一溫度范圍內(nèi)變化時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度差的關(guān)系近似成直線關(guān)系。然而目前熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)至少需要靈敏數(shù)字電壓表，保溫杯，電加熱罐等，需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較多，連線較為復(fù)雜，不能實(shí)時(shí)顯示溫度、電壓等相關(guān)信息，并且在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶冷端暴露在非標(biāo)準(zhǔn)情況下，其溫度不一定為0°c，會(huì)造成很大測(cè)量誤差，故而要進(jìn)行修正，該法補(bǔ)正系數(shù)修正法，傳統(tǒng)補(bǔ)正系數(shù)修正法需要學(xué)生對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)性的計(jì)算，這不僅浪費(fèi)了大量的時(shí)間，也極易造成學(xué)生的抵觸情緒，不利于課程的教學(xué)工作，熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)器材對(duì)學(xué)生更好理解熱電偶測(cè)溫原理和完成熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)帶來了諸多不便，學(xué)生和老師迫切需要一種性價(jià)比高、電路連線簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)溫度電壓等結(jié)果顯示更直觀并在冷端溫度不為o°c能進(jìn)行補(bǔ)正系數(shù)修正法修正，并可自動(dòng)計(jì)算出修正后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器電路，以用于解決現(xiàn)有熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)所需儀器較多、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為老舊的問題。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器電路，包括主控制電路1、熱電偶電壓測(cè)量電路2、溫度測(cè)量電路3、顯示電路4 ;其中主控制電路1分別與熱電偶電壓測(cè)量電路2、溫度測(cè)量電路3、顯示電路4相連接。
[0005]所述主控制電路1包括單片機(jī)U3、電容R10、電容C5、電容C6、電容C7、開關(guān)S1、晶振XT1 ;其中直流電源VCC端與單片機(jī)U3的VCC端和AVCC端連接，電容C7正極與開關(guān)S1一端電性連接至直流電源VCC端，開關(guān)S1另一端分別與電阻R10 —端和單片機(jī)U3的RESET端和電解電容C7負(fù)極連接，電阻R10另一端與單片機(jī)U3的GND端與地連接，晶振XT1并聯(lián)在單片機(jī)U3的XTAL1和XTAL2兩端，晶振XT1兩端分別通過電容C5、電容C6與地連接。
[0006]所述熱電偶電壓測(cè)量電路2包括運(yùn)算放大器AR1、運(yùn)算放大器AR2、熱電偶JP1，電位器R1、電位器R4、電阻R2、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4 ；其中運(yùn)算放大器AR1和運(yùn)算放大器AR2電源正負(fù)輸入端分別與直流電源VCC端和地連接，熱電偶JP1的公共地2和4端接電容C2 —端和地GND端，熱電偶JP1的1端接運(yùn)算放大器AR1正相輸入端并與電容C2 —端連接，電位器R1 —端與運(yùn)算放大器AR1輸出端連接，電位器R1另一端與電阻R2 —端連接，電阻R2另一端與運(yùn)算放大器AR1反相輸入端和電阻R5一端連接，電阻R5另一端與地連接，電容C1 一端與運(yùn)算放大器AR1輸出端連接，電容C1另一端與地連接，運(yùn)算放大器AR1輸出端與單片機(jī)U3的ADC端口連接，熱電偶JP1的3端接運(yùn)算放大器AR2正相輸入端并與電容C4 一端連接，電位器R4 —端與運(yùn)算放大器AR2輸出端連接，電位器R4另一端與電阻R6 —端連接，電阻R6另一端與運(yùn)算放大器AR2反相輸入端和電阻R7 —端連接，電阻R7另一端與地連接，電容C3 —端與運(yùn)算放大器AR2輸出端連接，電容C3另一端與地連接，運(yùn)算放大器AR2輸出端與單片機(jī)U3的ADC端口連接。
[0007]所述溫度測(cè)量電路3包括溫度傳感器U1、溫度傳感器U2、電阻R3 ;其中溫度傳感器U1和溫度傳感器U2的VDD端與直流電源VCC端連接，溫度傳感器U1和溫度傳感器U2的GND端與地連接，溫度傳感器U1和溫度傳感器U2的I/O端口與單片機(jī)U3的I/O端口連接，電阻R3 —端與溫度傳感器U1和溫度傳感器U2的I/O端連接，電阻R3另一端與直流電源VCC端連接。
[0008]所述顯示電路4包括液晶顯示屏IXD1、電位器R8、電阻R9、排阻RP1 ;其中液晶顯示屏IXD1的VCC端與直流電源VCC正極電性連接，液晶顯示屏IXD1的GND端和BG GND端與地連接，液晶顯示屏IXD1的V0端通過電位器R8與地連接，液晶顯示屏IXD1的BG VCC端通過電阻R9與直流電源VCC連接，液晶顯示屏IXD1的DB端分別與排阻RP1及單片機(jī)U3的I/O端口一端電性連接，液晶顯示屏IXD1的RS、RW、E端與分別與單片機(jī)U3的I/O端口連接，排阻RP1其他端均與直流電源VCC端連接。
[0009]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0010]電源上點(diǎn)后，熱電偶JP1采集到信號(hào)后經(jīng)電容C2和電容C4將高頻雜波信號(hào)過濾后分別送入運(yùn)算放大器AR1和運(yùn)算放大器AR2的正相輸入端，再經(jīng)運(yùn)算放大器AR1、電阻R2、電阻R5、電位器R1和運(yùn)算放大器AR2、電阻R6、電阻R7、電位器R4組成的同相比例放大器，對(duì)濾波后信號(hào)進(jìn)行放大，放大后信號(hào)分別經(jīng)過電容C1和電容C3將高頻雜波濾除，最后該信號(hào)被傳到單片機(jī)U3的ADC端口，經(jīng)其內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成處理器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)熱電偶傳感器探頭部分的溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電偶傳感器兩端的電壓也按一定比例對(duì)應(yīng)發(fā)生變化，然后該電壓信號(hào)經(jīng)同相比例放大器放大，再經(jīng)單片機(jī)U3內(nèi)部AD將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，ARM處理器得到數(shù)字量后便知道現(xiàn)在的溫度；因?yàn)闊犭娕紓鞲衅饔幸粋€(gè)缺陷，它測(cè)的溫度是探頭與冷端之間的溫度差，也就是說若僅用上述電路測(cè)溫，則只有在冷端溫度為零點(diǎn)的情況下測(cè)得的溫度才是最精確的，冷端的溫度與零點(diǎn)的溫差越大，測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)越不精確。而如果在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，若熱電偶冷端溫度發(fā)生變化，就會(huì)造成測(cè)溫不準(zhǔn)確。為了解決上述問題，特別增加了溫度傳感器U2作為補(bǔ)償，在熱電偶JP1冷端溫度不為零的情況下，單片機(jī)通過對(duì)熱電偶JP1所測(cè)量信號(hào)和溫度傳感器U2采集溫度進(jìn)行補(bǔ)正系數(shù)修正算法的修正，并計(jì)算出修正后的溫度結(jié)果；而為了驗(yàn)證所測(cè)得的溫度的正確性，通過溫度傳感器U1對(duì)熱電偶所測(cè)溫度點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)刻的測(cè)量，溫度傳感器U1將所測(cè)量溫度并通過其I/O端口發(fā)送給單片機(jī)U3 ;單片機(jī)U3還與單片機(jī)U3的I/O端口連接的液晶顯示屏IXD1的DB端口與液晶顯示屏IXD1進(jìn)行通信，并將數(shù)字溫度傳感器U1和數(shù)字溫度傳感器U1測(cè)量溫度數(shù)據(jù)和熱電偶測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)或者經(jīng)補(bǔ)正系數(shù)修正法修正后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶顯示屏IXD1，液晶顯示屏IXD1顯示接收到的溫度傳感器測(cè)量溫度和冷端溫度、熱電偶測(cè)量溫度、補(bǔ)正系數(shù)修正法修正后的溫度(僅溫度傳感器U2所測(cè)溫度不為零情況下顯示)數(shù)據(jù)。
[0011]所述單片機(jī)通過I/O端口與所述數(shù)字溫度傳感器DS18B20相連，以及讀取數(shù)字溫度傳感器DS18B20所檢測(cè)的溫度信息并對(duì)其進(jìn)行處理，均為常規(guī)技術(shù)，如王曉娟、張海燕、涼延興《基于DS18B20的溫度實(shí)時(shí)采集與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》一文中，介紹了溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)I/O接口連接的工作模式，并給出了與單片機(jī)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的實(shí)例。
[0012]所述補(bǔ)正系數(shù)修正法為常規(guī)技術(shù)，如宋洪才《熱電偶冷端溫度補(bǔ)正系數(shù)K值法》一文中，介紹了補(bǔ)正系數(shù)修正法的原理，進(jìn)行了相關(guān)公式推導(dǎo)并給出了數(shù)據(jù)處理的實(shí)例。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧，使用方便，能幫助使用者快速完成熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)并理解實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，能起到良好的教學(xué)目的。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0015]圖中各標(biāo)號(hào):1_主控制電路、2-熱電偶電壓測(cè)量電路、3-溫度測(cè)量電路、4-顯示電路。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1:如圖1所示，一種熱電偶定標(biāo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器電路，包括主控制電路1、熱電偶電壓測(cè)量電路2、溫度測(cè)量電路3、顯示電路4 ;其中主控制電路1分別與熱電偶電壓測(cè)量電路2、溫度測(cè)量電路3、顯示電路4相連接。
[0017]所述主控制電路1包括單片機(jī)U3、電容R10、電容C5、電容C6、電容C7、開關(guān)S1、晶振XT1 ;其中直流電源VCC端與單片機(jī)U3的VCC端和AVCC端連接，電容C7正極與開關(guān)S1一端電性連接至直流電源VCC端，開關(guān)S1另一端分別與電阻R10 —端和單片機(jī)U3的RESET端和電解電容C7負(fù)極連接，電阻R10另一端與單片機(jī)U3的GND端與地連接，晶振XT1并聯(lián)在單片機(jī)U3的XTAL1和XTAL2兩端，晶振XT1兩端分別通過電容C5、電容C6與地連接。
[0018]所述熱電偶電壓測(cè)量電路2包括運(yùn)算放大器AR1、運(yùn)算放大器AR2、熱電偶JP1，電位器R1、電位器R4、電阻R2、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4 ；其中運(yùn)算放大器AR1和運(yùn)算放大器AR2電源正負(fù)輸入端分別與直流電源VCC端和地連接，熱電偶JP1的公共地2和4端接電容C2 —端和地GND端，熱電偶JP1的1端接運(yùn)算放大器AR1正相輸入端并與電容C2 —端連接，電位器R1 —端與運(yùn)算放大器AR1輸出端連接，電位器R1另一端與電阻R2 —端連接，電阻R2另一端與運(yùn)算放大器AR1反相輸入端和電阻R5一端連接，電阻R5另一端與地連接，電容C1 一端與運(yùn)算放大器AR1輸出端連接，電容C1另一端與地連接，運(yùn)算放大器AR