一种热电偶定标实验教学仪器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种热电偶定标实验教学仪器电路，属于教学仪器技术领域。
【背景技术】
[0002]热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。热电偶定标实验为大学物理基础实验之一，热电偶定标实验是验证热电偶测温的原理。测量时当热电偶其一端置于o°c的温度中，而另一端的温度在o°c到某一温度范围内变化时，其温差电动势与温度差的关系近似成直线关系。然而目前热电偶定标实验至少需要灵敏数字电压表，保温杯，电加热罐等，需要的实验设备较多，连线较为复杂，不能实时显示温度、电压等相关信息，并且在实际应用中，热电偶冷端暴露在非标准情况下，其温度不一定为0°c，会造成很大测量误差，故而要进行修正，该法补正系数修正法，传统补正系数修正法需要学生对大量的数据进行重复性的计算，这不仅浪费了大量的时间，也极易造成学生的抵触情绪，不利于课程的教学工作，热电偶定标实验器材对学生更好理解热电偶测温原理和完成热电偶定标实验带来了诸多不便，学生和老师迫切需要一种性价比高、电路连线简单、操作简单、实验温度电压等结果显示更直观并在冷端温度不为o°c能进行补正系数修正法修正，并可自动计算出修正后的实验结果的热电偶定标实验教学仪器电路。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种热电偶定标实验教学仪器电路，以用于解决现有热电偶定标实验所需仪器较多、现有实验设备较为老旧的问题。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种热电偶定标实验教学仪器电路，包括主控制电路1、热电偶电压测量电路2、温度测量电路3、显示电路4 ;其中主控制电路1分别与热电偶电压测量电路2、温度测量电路3、显示电路4相连接。
[0005]所述主控制电路1包括单片机U3、电容R10、电容C5、电容C6、电容C7、开关S1、晶振XT1 ;其中直流电源VCC端与单片机U3的VCC端和AVCC端连接，电容C7正极与开关S1一端电性连接至直流电源VCC端，开关S1另一端分别与电阻R10 —端和单片机U3的RESET端和电解电容C7负极连接，电阻R10另一端与单片机U3的GND端与地连接，晶振XT1并联在单片机U3的XTAL1和XTAL2两端，晶振XT1两端分别通过电容C5、电容C6与地连接。
[0006]所述热电偶电压测量电路2包括运算放大器AR1、运算放大器AR2、热电偶JP1，电位器R1、电位器R4、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4 ；其中运算放大器AR1和运算放大器AR2电源正负输入端分别与直流电源VCC端和地连接，热电偶JP1的公共地2和4端接电容C2 —端和地GND端，热电偶JP1的1端接运算放大器AR1正相输入端并与电容C2 —端连接，电位器R1 —端与运算放大器AR1输出端连接，电位器R1另一端与电阻R2 —端连接，电阻R2另一端与运算放大器AR1反相输入端和电阻R5一端连接，电阻R5另一端与地连接，电容C1 一端与运算放大器AR1输出端连接，电容C1另一端与地连接，运算放大器AR1输出端与单片机U3的ADC端口连接，热电偶JP1的3端接运算放大器AR2正相输入端并与电容C4 一端连接，电位器R4 —端与运算放大器AR2输出端连接，电位器R4另一端与电阻R6 —端连接，电阻R6另一端与运算放大器AR2反相输入端和电阻R7 —端连接，电阻R7另一端与地连接，电容C3 —端与运算放大器AR2输出端连接，电容C3另一端与地连接，运算放大器AR2输出端与单片机U3的ADC端口连接。
[0007]所述温度测量电路3包括温度传感器U1、温度传感器U2、电阻R3 ;其中温度传感器U1和温度传感器U2的VDD端与直流电源VCC端连接，温度传感器U1和温度传感器U2的GND端与地连接，温度传感器U1和温度传感器U2的I/O端口与单片机U3的I/O端口连接，电阻R3 —端与温度传感器U1和温度传感器U2的I/O端连接，电阻R3另一端与直流电源VCC端连接。
[0008]所述显示电路4包括液晶显示屏IXD1、电位器R8、电阻R9、排阻RP1 ;其中液晶显示屏IXD1的VCC端与直流电源VCC正极电性连接，液晶显示屏IXD1的GND端和BG GND端与地连接，液晶显示屏IXD1的V0端通过电位器R8与地连接，液晶显示屏IXD1的BG VCC端通过电阻R9与直流电源VCC连接，液晶显示屏IXD1的DB端分别与排阻RP1及单片机U3的I/O端口一端电性连接，液晶显示屏IXD1的RS、RW、E端与分别与单片机U3的I/O端口连接，排阻RP1其他端均与直流电源VCC端连接。
[0009]本实用新型的工作原理是:
[0010]电源上点后，热电偶JP1采集到信号后经电容C2和电容C4将高频杂波信号过滤后分别送入运算放大器AR1和运算放大器AR2的正相输入端，再经运算放大器AR1、电阻R2、电阻R5、电位器R1和运算放大器AR2、电阻R6、电阻R7、电位器R4组成的同相比例放大器，对滤波后信号进行放大，放大后信号分别经过电容C1和电容C3将高频杂波滤除，最后该信号被传到单片机U3的ADC端口，经其内部AD转换器将模拟电压信号转换成处理器可识别的数字信号。当热电偶传感器探头部分的温度发生变化时，热电偶传感器两端的电压也按一定比例对应发生变化，然后该电压信号经同相比例放大器放大，再经单片机U3内部AD将模拟量转换成数字量，ARM处理器得到数字量后便知道现在的温度；因为热电偶传感器有一个缺陷，它测的温度是探头与冷端之间的温度差，也就是说若仅用上述电路测温，则只有在冷端温度为零点的情况下测得的温度才是最精确的，冷端的温度与零点的温差越大，测得的温度数据越不精确。而如果在进行实验的同时，若热电偶冷端温度发生变化，就会造成测温不准确。为了解决上述问题，特别增加了温度传感器U2作为补偿，在热电偶JP1冷端温度不为零的情况下，单片机通过对热电偶JP1所测量信号和温度传感器U2采集温度进行补正系数修正算法的修正，并计算出修正后的温度结果；而为了验证所测得的温度的正确性，通过温度传感器U1对热电偶所测温度点进行同时刻的测量，温度传感器U1将所测量温度并通过其I/O端口发送给单片机U3 ;单片机U3还与单片机U3的I/O端口连接的液晶显示屏IXD1的DB端口与液晶显示屏IXD1进行通信，并将数字温度传感器U1和数字温度传感器U1测量温度数据和热电偶测量的温度数据或者经补正系数修正法修正后的温度数据发送给液晶显示屏IXD1，液晶显示屏IXD1显示接收到的温度传感器测量温度和冷端温度、热电偶测量温度、补正系数修正法修正后的温度(仅温度传感器U2所测温度不为零情况下显示)数据。
[0011]所述单片机通过I/O端口与所述数字温度传感器DS18B20相连，以及读取数字温度传感器DS18B20所检测的温度信息并对其进行处理，均为常规技术，如王晓娟、张海燕、凉延兴《基于DS18B20的温度实时采集与显示系统的设计与实现》一文中，介绍了温度传感器DS18B20与单片机I/O接口连接的工作模式，并给出了与单片机连接并进行数据处理的实例。
[0012]所述补正系数修正法为常规技术，如宋洪才《热电偶冷端温度补正系数K值法》一文中，介绍了补正系数修正法的原理，进行了相关公式推导并给出了数据处理的实例。
[0013]本实用新型的有益效果是:结构简单、小巧，使用方便，能帮助使用者快速完成热电偶定标实验并理解实验相关知识，能起到良好的教学目的。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的电路原理图；
[0015]图中各标号:1_主控制电路、2-热电偶电压测量电路、3-温度测量电路、4-显示电路。
【具体实施方式】
[0016]实施例1:如图1所示，一种热电偶定标实验教学仪器电路，包括主控制电路1、热电偶电压测量电路2、温度测量电路3、显示电路4 ;其中主控制电路1分别与热电偶电压测量电路2、温度测量电路3、显示电路4相连接。
[0017]所述主控制电路1包括单片机U3、电容R10、电容C5、电容C6、电容C7、开关S1、晶振XT1 ;其中直流电源VCC端与单片机U3的VCC端和AVCC端连接，电容C7正极与开关S1一端电性连接至直流电源VCC端，开关S1另一端分别与电阻R10 —端和单片机U3的RESET端和电解电容C7负极连接，电阻R10另一端与单片机U3的GND端与地连接，晶振XT1并联在单片机U3的XTAL1和XTAL2两端，晶振XT1两端分别通过电容C5、电容C6与地连接。
[0018]所述热电偶电压测量电路2包括运算放大器AR1、运算放大器AR2、热电偶JP1，电位器R1、电位器R4、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4 ；其中运算放大器AR1和运算放大器AR2电源正负输入端分别与直流电源VCC端和地连接，热电偶JP1的公共地2和4端接电容C2 —端和地GND端，热电偶JP1的1端接运算放大器AR1正相输入端并与电容C2 —端连接，电位器R1 —端与运算放大器AR1输出端连接，电位器R1另一端与电阻R2 —端连接，电阻R2另一端与运算放大器AR1反相输入端和电阻R5一端连接，电阻R5另一端与地连接，电容C1 一端与运算放大器AR1输出端连接，电容C1另一端与地连接，运算放大器AR