摘 要

温度测量在工业中应用很频繁，而温度测量仪表中常用的测温元件之一就是热电偶，它能够直接测量温度，并把温度信号转换成热电势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度，在实际操作过程中如果要保证其测温准确性，就要对热电偶进行周期性的检定和校准。这也就是本次研究的目的。

在实际中，通过人工的方式进行热电偶的检定和校准，工作的程序复杂，并且耗费的时间长。这种低效率的检定方式，增加了一个企业的运行成本，带来资源的浪费。本设计经过对模糊自整定的PID控制算法的研究，通过AT89C52单片机设计了一个智能温度控制器；在微软visual studio 2010的开发环境之下，应用面向对象的编程语言，设计了一个热电偶的自动检定系统。

检定开始后，经RS232串口从数字多用表的缓冲区读取数据，通过对读取的数据进行计算、处理，判定热电偶是否合格。检定只需事先将有关基本参数输给软件的参数设置界面，然后启动运行，整个检定系统处于完全自动的检定工作状态。

关键词：热电偶，温度控制器，模糊自整定，PID控制，单片机

Abstract

Temperature measurement in the industry is very frequent, and temperature measurement instruments commonly used in one of the thermometer is a thermocouple, it can directly measure the temperature, and the temperature signal into thermoelectric power signal, through the electrical instrument into the measured medium Temperature, in the actual operation of the process if you want to ensure the accuracy of temperature measurement, it is necessary to periodically check the thermocouple and calibration. This is the purpose of this study.
In practice, thermocouple verification and calibration are carried out manually, and the working procedure is complicated and takes a long time. This inefficient way of testing, an increase in the operating costs of a business, bringing waste of resources. Based on the research of PID control algorithm of fuzzy self-tuning, this paper designs an intelligent temperature controller through AT89C52 single chip microcomputer. In the development environment of Microsoft visual studio 2010, the design of a thermocouple is designed by using object-oriented programming language Verification system.
After the test is started, the data is read from the buffer of the digital multimeter via the RS232 serial port. The calculated data is calculated and processed to determine whether the thermocouple is qualified. Verification only need to advance the basic parameters to the software parameter settings interface, and then start the operation, the entire verification system in a fully automatic test work.

Key words:thermocouple temperature，Temperature Control Meter，Fuzzy Self-turning，PID control，SCM

目录

第1章绪论 1

1.1研究价值和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1在国外热电偶检定系统的发展和现状 1

1.2.2在国内热电偶检定系统的发展和现状 1

1.3系统设计的主要内容 2

第2章 热电偶的检定原理 3

2.1热电偶的测温原理 3

2.2热电偶的分类 3

2.3热电偶的检定方法 5

2.4模糊控制器的设计 6

2.4.1常规的控制算法 6

2.4.2数字PID控制算法 6

2.4.3模糊控制 7

第3章 整体方案设计及选型 11

3.1温度控制器系统组成 11

3.2单片机选型 11

3.3传感器选型 11

3.4A/D转换器选型 12

3.5检定装置控制方案的设计 12

3.6 检定的装置的组成 13

3.7检定装置的性能指标 13

第4章下位机设计 14

4.1 下位机各主要功能模块 14

4.1.1温度信号检测和放大电路 14

4.1.2信号测量放大 14

4.1.3保护措施 15

4.2 A/D 转换电路 15

4.3隔离放大器的设计 16

4.4输出控制电路设计 17

4.5存储器扩展电路 17

4.6与上位机通讯模块 18

4.7控制器软件设计 18

4.8软件主程序设计 19

第5章 上位机检定软件的设计 21

5.1软件开发平台 21

5.2系统与下位机的通讯 21

5.2.1与自动扫描开关的通讯 21

5.2.2与数字多用表的通讯 22

5.3检定软件组成框图 25

5.3.1热电偶信息录入模块 26

5.3.2检定参数设置模块 26

5.3.3数据计算及合格判定模块 27

第6章检定装置不确定度的评定 29

6.1依据、技术条件及测量方法 29

6.2三定点热电势的不确定度评定 29

参考文献 30

致谢 31

第1章绪论

本章主要围绕热电偶自动检定系统的研究价值以及计算机控制系统在国内外的发展现况展开叙述，并简单介绍了系统设计，简要叙述了本文研究的主要意义以及内容。

1.1研究价值和意义

温度作为生产过程中的重要参数，受到人们越来越多的重视。热电偶是测量主要元件之一。由于工业上的需要以及国家计量法规的要求，热电偶作为重要的测温元件，必须进行周期性的检定。现行的热电偶检定系统，无论移相或过零触发晶闸管调压（功）式的温控系统，还是电脑控温系统，在生产发展和检定要求不断提高下其功能和精度已不相适应；在实际的检定操作过程中逐渐暴露出工作效率底、自动化程度不高、安全性能方面存在事故隐患等缺陷。

因此，本课题的提出很有必要。装置由控温回路和检测回路构成测控系统，控温回路通过温度控制器控制电阻炉的加热，达到规程要求的温度检定点，形成均匀的温场；PC作为上位机，在检测回路中通过RS232 串口连接自动扫描开关和数字多用表。检定开始后，软件通过发送指令控制自动扫描开关通道的切换，再经RS232串口从数字多用表的缓冲区读取数据，最后通过对读取的数据进行计算、处理，判定热电偶的等级及是否合格。检定只需事先将有关基本参数输给软件的参数设置界面，然后启动运行，整个检定系统处于完全自动的检定工作状态。

1.2国内外研究现状

1.2.1在国外热电偶检定系统的发展和现状

世界上第一只热电偶是法国人于1886年发明的，型号类似于现今的S型热电偶，之后更新型号的热电偶是在1906年由美国公司发明的，该类热电偶经不断发展便成为现今的K型热电偶。当各种型号的热电偶被大量使用后，在一定程度上推动了工业的发展，但是问题也随之而来，如刚生产出来的热电偶测量不准确，或者长时间使用热电偶后，热电偶受污染造成测量不准确等。这些问题的出现给人们的生产带来了很多的麻烦，也造成了比较大的经济损失。为了解决这些问题以及由其引起的麻烦，在随后的生产中，人们逐渐认识到对热电偶性能进行校准的重要性，并于1932年在德国研制出了初期的热电偶检定校准设备，在经过漫长的改进，最后成为目前常用的检定校准设备。当电子技术快速发展之后，国外已经有很多公司将热电偶检定设备升级成为智能化、自动检定设备，而且还在向着微型化和多功能化发展。

1.2.2在国内热电偶检定系统的发展和现状

热电偶检定系统在国内的发展时间不长，但引进时间相对久远，这些设备的引进都是在建国初期苏联援建中国时大量引进的，但由于当时只注重学习和使用，并没有对热电偶检定系统进行改进和功能升级。直到近年智能控制技术在国内大量涌现时，有部分公司研发了相关的检定校准系统，不过新研发的部分系统成本较高，系统更新慢且受制于幵发单位，增加了使用的单位成本。而在国内的大部分计量技术机构中由于成本等原因，仍然在使用老式的热电偶检定系统。

1.3系统设计的主要内容

（1）开发一个智能炉温控制器，使电阻炉能够达到检定要求；控制器的处理器采用AT89C52单片机，并对它的存储功能、输入输出接口、A/D转换、键盘显示等进行扩展，外加上电源、保护、PWM波形发生电路等构成智能控制器。