在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，測(cè)量端置于被測(cè)介質(zhì)中，而冷端溫度一般不為0℃，其大小隨周?chē)h(huán)境溫度變化。如果直接按照冷端溫度為0℃時(shí)的分度表來(lái)求得測(cè)試溫度，勢(shì)必產(chǎn)生很大誤差。

傳統(tǒng)的辦法，一是使用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，將冷端延長(zhǎng)到遠(yuǎn)離熱源的恒溫室。測(cè)出冷端溫度，根據(jù)熱電偶中間溫度定律，算出對(duì)應(yīng)0℃冷端時(shí)的熱電勢(shì)：

其中eAB(T，T0)是實(shí)測(cè)的熱電勢(shì)，eAB(T0，0)根據(jù)冷端溫度T0計(jì)算或查表所得。據(jù)此可算得eAB(T，0)，從而可得被測(cè)溫度T。

二是采用電橋補(bǔ)償法，在冷端接入補(bǔ)償電橋，用外加的能隨冷端溫度變化的補(bǔ)償電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償由于冷端溫度變化所引起的測(cè)試誤差。該法可用于冷端溫度變化的場(chǎng)合。

由于補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)材料或補(bǔ)償電橋中的溫敏元件其熱電特性與熱電偶的熱電特性?xún)H能作某種程度上的近似，因此其補(bǔ)償范圍與補(bǔ)償精度都不能滿(mǎn)足高精度測(cè)量的要求。

微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得冷端溫度的數(shù)字化實(shí)時(shí)處理成為可能。筆者利用微控制器和集成溫度傳感器，對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，使熱電偶的測(cè)溫精度在全范圍內(nèi)達(dá)到±0.5℃。本文以K型熱電偶為例，介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

本設(shè)計(jì)采用89C51作為微控制器，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)過(guò)精密運(yùn)算放大器7650放大后，送四位半雙積分AD轉(zhuǎn)換器ICL7135轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入89C51。冷端溫度的測(cè)試采用集成溫度傳感器DS18B20，該傳感器為數(shù)字傳感器，采用單總線(xiàn)協(xié)議，用一根線(xiàn)與計(jì)算機(jī)連接。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(1)測(cè)量端溫度。5位數(shù)字顯示，單位℃;(2)冷端溫度。4位數(shù)字顯示，單位℃;(3)熱電勢(shì)eAB(T，T0)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量。5位數(shù)字顯示，單位mV。

用顯示選擇按鈕來(lái)進(jìn)行顯示選擇。指示燈指示當(dāng)前顯示的數(shù)字。缺省狀態(tài)顯示測(cè)量端溫度。

計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程如下：

首先通過(guò)AD7135，采集熱電偶在測(cè)量端溫度T和冷端溫度T?0時(shí)產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)據(jù)eAB(T，T0)。其次，由DS18B20測(cè)得冷端溫度T0，然后，通過(guò)軟件查詢(xún)分度表，得到對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)eAB?(T0，0)，再根據(jù)中間溫度定律，算得：

最后根據(jù)分度表查得eAB(T，0)對(duì)應(yīng)的溫度T。

ICL7135是常用的四位半雙積分AD轉(zhuǎn)換器，輸出定時(shí)波形如圖2所示。ICL7135工作時(shí)，當(dāng)R/H腳為“1”，7135處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。每40002個(gè)時(shí)鐘周期完成一次AD轉(zhuǎn)換，以4位二進(jìn)制形式的BCD碼輸出(實(shí)際上是上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果)。同時(shí)輸出各位的位同步選通信號(hào)：D5，D4，D3，D2，D1。AD轉(zhuǎn)換結(jié)果以動(dòng)態(tài)掃描方式輸出。即當(dāng)選通信號(hào)D5=“1”時(shí)，BCD輸出為萬(wàn)位。當(dāng)D4=“1”時(shí)，BCD輸出為千位……，其余類(lèi)推。數(shù)字選通信號(hào)STB產(chǎn)生的負(fù)脈沖可作為AD轉(zhuǎn)換的結(jié)束信號(hào)，向微控制器發(fā)出中斷請(qǐng)求。在中斷服務(wù)程序中，首先判斷最高位的位選信號(hào)D5是否有效，若無(wú)效則等待。當(dāng)D5有效后將此時(shí)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線(xiàn)上的4位BCD碼讀入內(nèi)存作為萬(wàn)位。接下來(lái)再判千位的位選通脈沖D4是否有效，無(wú)效等待，有效則讀入數(shù)據(jù)作為千位存內(nèi)存，其余類(lèi)推。所有5位數(shù)讀完以后，中斷返回。

冷端溫度的測(cè)量采用美國(guó)DALLAS公司的DS18B20集成傳感器。該傳感器有如下特點(diǎn)：

(1)采用單總線(xiàn)協(xié)議，即只要一個(gè)接口引腳即可通信。(2)不需要外部元件。(3)可用數(shù)據(jù)線(xiàn)供電。測(cè)量范圍從-55℃到+125℃。(4)以9位數(shù)字量輸出溫度數(shù)據(jù)。(5)數(shù)字增量值為0.5℃。(6)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100ms。(7)具有用戶(hù)可定義的溫度報(bào)警設(shè)置。

對(duì)DS18B20的操作是通過(guò)控制命令來(lái)進(jìn)行的。DS18B20有自己的指令集。共有6種控制命令.用戶(hù)可用這些指令進(jìn)行有關(guān)的讀/寫(xiě)操作。DS18B20的溫度值有9位，以1/2℃ LSB形式表示。DS18B20內(nèi)有9個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)暫存存儲(chǔ)器，字節(jié)0和字節(jié)1存放測(cè)得的溫度值。低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。圖3是DS18B20測(cè)溫程序的流程圖。