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水温控制
1 绪论
课题的研究目的和意义
水温控制在工农业生产和人们群众日常生活中有着广泛的应用价值,在安全生产、提高效率、提高产品质量、实现控制智能化等方面有着广泛的应用领域和极高的市场价值。工业上各式炉温控制,以及发动机冷却控制都在水温控制的广义范围之内。生活中,随着科技的发展和人民群众生活水平的提高,传统式热水器已经不能满足日益增长的大众需求,于是具有自动加热和恒温保持功能的智能化热水器应运而生,弥补了传统的简单盛水金属壶和单一加热功能热水器的不足之处,满足了各种条件下水温自动加热、断电和恒温保持的需求,从而极大的方便了人民群众的生活。
近年来,单片机以其功能强、体积小、使用方便、性能价格比高等优点,在仪器仪表、工业控制、家用电器、医用设备、计算机网络和通信、国防航空航天等领域都有着深入而广泛的应用。通过单片机进行温度控制与以往简单电路控制相比具有功能强、可靠性高、稳定性好、实现智能化以及更人性化的人机接口等优点。随着单片机的不断发展以及微电子技术的不断进步,更多的数字设备将被应用到这个领域,以其抗干扰、功耗低、便于微处理器控制的特点,逐渐成为水温控制系统中的主流。本课题将传感器技术和单片机技术相结合,力图以单片机为核心解决水温控制中实现多种功能的要求。
温度采集传感器的分类与发展
温度采集方法分类
随着科学技术的日益发展,温度采集技术也随之不断进步。目前,温度采集方法种类繁多,大致有以下几种:
a) 利用物体热胀冷缩原理制成的温度计
利用此原理制成的温度计有三类
1) 玻璃温度计,它是利用玻璃感温包内的测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等)受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的;
2) 双金属温度计,它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在一起制成的
双金属片作为感温元件,当温度变化时,一端固定的双金属片,由于两
种金属膨胀系数不同而产生弯曲,自由端的位移通过传动机构带动指针
指示出相应温度;
3)压力式温度计,它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低
沸点液体如***甲烷、***乙烷等)随温度变化,压力发生相应变化,用弹
簧管压力表测出它的压力值,经换算得出被测物质的温度值。
b) 利用热电效应技术制成的温度检测元件
利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早,比较成熟,
至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、
精度高、热惯性小等特点。常用的热电偶有以下几种:
1) 镍铬-镍硅,型号为WRN,分度号为K,测温范围0-900℃,短期可测1200℃。
2) 镍铬-康铜,型号为WRK,分度号为F,测温范围0-600℃,短期可测800℃。
3) 铂锗-铂,型号为WRP,分度号为S,在 1300℃以下的温度可长期使用,短期可测1600℃。
4) 铂铑-铂锗,型号为WRR,分度号为B,测温范围300-1600℃,短期可测1800℃。
其他还有非常用的热电偶。
c) 利用热阻效应技术制成的温度计
用此技术制成的温度计大致可分成以下几种:
1) 电阻测温元件,它是利用感温元件(导体)的电阻随温度变化的性质,将电阻的变化值用显示仪表反映出来,从而达到测温的目的。目前常用的有铂热电阻(分度号为Pt100, Pt10两种)和铜热电阻(分度号有Cu50, Cu100 两种)。
2) 导体测温元件,它与热电阻的温阻特性刚好相反,即有很大副温度系数,也就是说温度升高时,其阻值降低。他们的关系为
式中-温度T(K)时的电阻值();
-在温度时(K)的电阻值();
e- 自然对数的底,…;
B- 常数,其值与半导体材料的成分和制作方法有关。
3) 陶瓷热敏元件,它的实质是利用半导体电阻的正温特性,用半导体陶瓷材料制作而成的热敏元件,常称为PCT或NCT热敏元件。PCT热敏元件分为突变型及缓变
型二类。突变型PCT,元件的温阻特性是当温度达到顶点时,它的阻值突然变大,有限流功能,多数用于保护电器。缓变型PCT,元件的温阻特性基本上随温度升高阻值慢慢增大,起温度补偿作用。NCT元件特性与PCT元件的突变特性刚好相反,即随温度升高,它的阻值减小。
温度采集传感器的发展
温度传感器的发展大致经历了三个阶段:
a) 传统的分立式温度传感器
b) 模拟集成温度传感器
c) 数字集成温度传感器
传统分立式温度传感器具有成本低,精度高等优点,但只能在一定温度范围内保持较好的线性特征,受体积的限制较多,而且易受外界噪声干扰,应用时必须考虑去噪和温度修正等问题。模拟集成式温度传感器具有精度高、体积小、使用灵活等优点,即继承了分立式传感器测量精准