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项目一、用热敏电阻制作水沸报警器项目二、热电偶放大电路设计一个热电

来源：意榕旅游网

项目一、用热敏电阻制作水沸报警器

项目二、热电偶放大电路

设计一个热电偶放大电路，输出电压 0~6V、灵敏度1OmV/0c。

元器件的选取：热电偶选 K型热电偶，因为，热电偶的特性都是非线性的，在各类热电

偶中，K型热电偶的线性是比较好的，

温度从0~600C时，最大非线性误差约为1%。放

大器的选取，由于10C的温差所产生的热电偶输出电压非常小，大约只有数十微伏，要放大

如此小的电压，只能采用高精度的运算放大器。这里选用与热电偶配套的专用集成运放 ADOP07。现在高

精度的运算放大器在市场上唾手可得，因此运放的选取已不成问题，问题的关键变成了外围器件的选

择。

VOUT

0~6V

10mV/0C

图5-8是K型热电偶的放大电路，表 5-1给出了该电路的外围元器件。 R3、C1构成输入

滤波器，要特别注意滤波电容器

C1。因为每10C的温差所产生的热电势非常小，大约只有

数十微伏，放大器不平衡电压的漂移应当非常小；而漏电流大的电容器会产生额外的不平衡

电压，假设C1的漏电流为0.1uA，那么在R3上就会产生0.1uA X1k Q=100uV的不平衡电压。因此C1要么

选用低漏电流型的电解电容器，要么选用尺寸较大的聚酯薄膜电容器。选用电解电容器时可用万用表测

一下它的绝缘电阻，绝缘电阻越大漏电流越小。

表5-1

名称	图中代号	型号	备注
运算放大器电阻器电位器电容器热电偶	A1 R1~R3 VR1,VR2 C1 TX	ADOP07 2%,1/4W 10圈旋转型20%,50V K型热电偶	金属膜电阻陶瓷金属材料，多圈旋转型电解电容器

由K型热电偶分度表（表5-2）可知，K型热电偶在0C时产生的热电势为 0 mV ,600 C 时产生的热

电势为 24.902 mV。要输出6.0 V的电压，运放的增益大约应设置在 240左右，

这样可以推算出 R1、R2、VR1的阻值分别为 510 Q、120KQ、3KQ。

表5-2热电偶的输出电压

温度氏	K型热电偶/mV	J型热电偶/mV	E型热电偶 /mV	T型热电偶 /mV
-200	-5.1	-7.0	-8.824	-5.603
-100	+3.553	-4.632	-5.237	-3.378
0	0	0	0	0
+100	+4.095	+5.268	+6.317	+4.277
+200	+8.137	+10.777	+ 13.419	+9.286
+300	+12.207	+16.325	+21.033	+ 14.860
+400	+16.395	+21.846	+28.943	+20.869
+500	+20.0	+27.388	+36.999
+600	+24.902	+33.096	+45.085
+700	+29.128	+39.130	+53.110
+800	+33.277	+45.498	+61.022
+900	+37.325	+51.875	+68.783
+1000	+41.296	+57.942	+76.358
+1100	+45.108	+63.777
+1200	+48.828	+69.536
+1300	+52.398

5. 2 .2用热电偶制作测温电路
用J型热电偶制作一个量程为 0~300°C,测量误差控制在1~2°C以内的温度计。

元器件的选取
放大电路选用AD594，AD594是J型热电偶的专用集成电路，该集成电路可以进行热电动势的放大与基准接点（冷接点）的温度补偿，而且还内置有断线检测电路。但是，该芯片内

部不含有线性化电路，因此，必须增加线性化电路，线性化电路由构成。电路如图5-9所示。外围电路元器件如表 5-3所示。

AD538AD和ADOP07D

热电偶要连接到输入用的接线柱上，

AD594应当尽可能地配置在靠近这种接线柱的地方。

其原因是，这种接线柱本身就成了基准接点。在 AD594附近应避免设置发热器件，因为

AD594附近的热源会造成基准接点的温度变化。
表5-3

名称

图中代号

型号

备注

运算放大器
专用集成电路

乘法器

晶体管

发光二极管

二极管

电阻器

电位器

A1
IC1

IC2

TR1
www R1~R4

R5~R8

VR1

ADOP07AJ
AD594AD

AD538AD

2SA1015淘豆 .taod 2%,1/4W

5%,1/4W

10圈旋转型

J型热电偶专用
网只要能满足50V、0.1A以上即可ocs.com 碳属膜电阻

陶瓷金属材料、多圈旋转型

5. 3电路制作实施方案

1.用面包板制作
制作工具：面包板一块，型号：SYB-46、尺寸：90X53X8.5mm，镊子一把。

用面包板制作的优点：电路连接灵活方便、速度快、所有元器件都可以回收重复使用成本较低；缺点：电路连接的可靠性较差、故障率高、指标达不到要求。

2•用单孔万用板制作
制作工具：单孔万用板一块、电烙铁一套、镊子一把、小剪刀一把、焊锡丝若干。用单孔万用板制作的优点：电路连接可靠、性能稳定、能够实现设计指标；缺点：电路连接复杂、容易出错、部分元器件不能回收、成本较高。

3.用PCB印制电路板制作
制作工具：PCB印制电路板一块、电烙铁一套、镊子一把、小剪刀一把、焊锡丝若干。用PCB印制电路板制作的优点：电路焊接简单、性能稳定可靠、能够达到理想设计指标；缺点：由于数量较少 PCB印制电路板开板成本很高。

项目四、基于MAX6675和K型

热电偶的高精度智能测温系统

MAX6674/6675是美国MAXIM公司生产的两种基于SPI总线的专用K型热电偶冷端温度补偿芯片，

不仅能补偿K型热电偶的冷端温度，还能对热电势信号进行数字化处理，

被广泛用于工业、仪器仪表和自动化等领域。

MAX6674/6675的电路原理基本相同，两者的主要区别在于测温范围和分辨力不同。

MAX6674内部采用10bitADC，测温范围为0〜+128C,分辨力0.125C，在0〜+125C内的转换精度为土

2C,转换时间为0.15s。MAX6675内部采用12bitADC，测温范围为0〜+1024C,分辨力也是0.125C，

在0〜+700C内的转换精度为土8个字，完成一次转换只需0.17s。因此MAX6675适合测量宽范围温度，

MAX6674仅适合测量中、低温。

MAX6675的内部电路结构和引脚排列已由3.3.3节的图3.14给出。内部主要由8部分

组成：低噪电压放大器A1、电压跟随器A2、冷端温度补偿二极管、基准电压源、数字控制器、

12bitADC、SPI串行总线接口和模拟开关(S1〜S5)。其冷端温度补偿原理是： K型热电

偶所产生的热电势e经过A1、A2放大后得到热电势信号U1，再经过S4送至ADC。

U1=aTT=aT•(T-T0)(3.26)

式中，ar为K型热电偶的电压温度系数，aT=41凶/C,T、T0分别为被测温度和冷端环境温度。与此同

时，冷端温度补偿二极管将T0转换成电压U2：

U2通过S5送至ADC。ADC首先将U1和U2转换成数字量，再将U1和U2相加并除以a , 即获得输出电压的数
U2=aT • T0 (3.27)

如当S3断开、S1和S2闭合时，ADC进入自动调零；当S2断开、S1和S3闭合时，ADC进入正常测量状态。利模拟开关S1〜S5均受数字控制器控制，改变其通断状态，即可改变电路的接线方式。
据，该数据代表测量点的实际温度

用S2断开、S1和S3闭合时的电路状态还能检查热电偶是否发生开路故障。假定测量过程中热电偶突然开

路，导致 T+端悬空，A1变成电压跟随器，其输出电压为

基准电压源电压的10%，如果通过数字控制模拟开关 S3的通断并检查被测温度有无变化，

则可容易确定热电偶是否开路：数据不变，开路；数据能随温度变化，则热电偶正常。

MAX6675采用标准的SPI串行总线与外部微处理器接口，并且MAX6675只能作为从设备。其串行总

线接口有三个引脚： SCK、SO和CS,SCK为串行时钟输入端，SO是串行

数据输出端，CS是片选端。图3.32、图3.33分别给出SO输出温度数据的格式和SPI接口时序。

图3.32MAX6675输出数据格式

scKnjrLrm_rm_rm_rLrvLrL「Lr^L

时序图可以看出，微处理器使 CS低电平选中并向 MAX6675提供时钟信号SCK,

MAX6675开始数据的输出过程。在 SCK的下降沿，SO端按从最高位（Di5）至最低位（Do）顺

序输出数据，一个完整的数据输出需要 16个时钟周期。如果被测温度等于 0C,则一次输

出16数据中的Di4〜D3为全0;如果D14〜D3为全1,则表示被测温度为+1023.75C。

使用K型热电偶和MAX6675构建的高精度温度测量系统框图如图 3.34所示。K型热

电偶接在MAX6675的T+和T-端，热电偶冷端接地。主机选用 C51单片机，MAX6675作

为从机，从C51的P1.1口线给MAX6675发送串行时钟，P1.0口线用来接收MAX6675输出的温度数据，

P1.2作为片选信号，P1.2=0时MAX6675被选中。系统配有5位LED数码显示器，小数点定位在十位之后，因

而可以测量

0〜+1024C的温度，分辨力为

0.1 Co C51

单片机的P0口用于驱动LED数码显示器，低4位接译码驱动器CD4511，高4位接位驱动器74LS1oP1.2

口线通过声光报警电路接扬声器，当热电偶出现开路故障时，扬声器发出报警声。P0口接4X4键盘。

+5V
Q—
K型热电偶
P1.3—
—
■
声光报警电路
4X 4键盘
0； T）LED
—位驱动显示器
► (74LS1)

图3.34基于MAX6675的智能测温系统

系统相应的温度值读取和数据转换程序

为：温度值读取子程序

SO	BIT	P1.0;定义	P1.0为数据输出位
CS	BIT
		P1.1;定义	P1.1为片选信号
SCK	BIT
		P1.2;定义	P1.2为时钟信号
DATAH	DATA	30H ;定义输出16位数据高字节存放单元
DATAL	DATA	31H ;定义输出16位数据低字节存放单元
TDATAH	DATA
		32H ;定义处理后12位温度数据高字节存放单元

TDATAL	DATA	33H ;定义处理后12位温度数据低字节存放单兀
READY ：	CLR	CS;停止转换并输出数据
READH ：	CLR	CLK ;时钟变低
	MOV	R2， #o8H
	MOV	C， SO
	RLC	A ；读D15〜D8位
	SETB	CLK

NOP

READL ：	CLR	CLK
	DJNZ	R2， READH
	MOV	DATAH , A ;保存高8位数据
	MOV	R2， #o8H
	MOV	C, SO;读D7〜Do位
	RLC	A
	SETB	CLK

NOP

CLR DJNZ MOV SETB RET 数据处理子程序， D16TOT12： MOV RLC SWAP MOV ANL MOV MOV ANL MOV MOV CLR RLC MOV	CLK R2， READL DATAL , A ;保存低8位数据 CS;启动下次转换过程
	将读取的	16位数据的辅助位去掉，转换成	12位温度数据
	B，A A，#0FH TDATAH , A ;将Di5〜D12置0，得到温度值的 Dii〜D8位并保存
	A，	B
	A，	#0F0H ;屏蔽低4位得温度值的中间 D7〜D4位
	B，A
	A，	DATAL
	C A 0F4H , C ;将16位数据的D8位送B寄存器中D4位，形成温度

值的最终D7〜D4位

ANL
SWAP
ORL

A，#0F0H ;屏蔽低4位形成温度值的 D3〜D0位A
A，B

MOVTDATAL ,A;形成温度值的D7〜Do位并保存

RET