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2003 级本科毕业设计论文 第  PAGE 35 页 共 35页 1 绪论 1.1 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。 1.2 温度采集传感器的分类与发展 1.2.1 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 沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等)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，等于2.781…； 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。 1.2.2 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