基于K型热电偶的动态温度测量系统设计(2)
5 标定及实验数据处理 . 28
5.1 系统静态标定 .. 28
5.1.1 静态标定实验设计 ... 28
5.1.2 静态标定实验 ... 29
5.1.3 静态标定实验数据及数据处理 ... 30
5.2 系统动态标定 .. 32
5.2.1 动态标定实验设计 ... 32
5.2.2 动态标定实验数据及数据处理 ... 32
5.3 本章小结 .. 33
结 论 . 34
致谢 . 35
参考文献 . 36
附录A 整体电路图及 PCB 制板图 37
附录B 非线性修正表 38
附录C PCB 实物图及元器件清单 . 39
1.绪论
1.1课题研究背景及技术要求
本课题来源于企业委托项目“离合器内部摩擦片温度场测量”。
自动挡汽车中，换挡是通过离合器主动片和从动片相互滑磨，最终两者速度
同步，达到换挡的目的，也因此会有大量的摩擦热产生。如果不及时将离合器产
生的大量摩擦热散失，摩擦表面就会产生局部高温，导致热点产生，甚至发生翘
曲、粘结等现象[1]
。因此对其温度场进行研究是十分必要的。
根据现场工作环境以及测试对象的自身属性，仪器的主要技术要求为:（1）
测温范围：0--600℃； （2）精确度：±2℃； （3）采样率：2KHz； （4）存储深度：
128Kb。
本文的研究目标：完成以K型热电偶为温度传感器的高速测温系统，满足上
述提出的各项技术指标。完成硬件电路设计、下位机以及上位机软件的编写。
完成的系统要有较高的实用性和稳定性。
1.2课题的国内外研究现状
通常将随时间变化比较快的温度称为动态温度。近年来，人们对动态温度的
认识越来越深，并对其测量给予了高度的重视[2]
。无论是军工领域还是生活领域，
动态温度并不少见。比如在枪的射击过程中，枪膛内膛温的变化以及子弹的温度
变化；比如汽车离合器工作时，摩擦片由于相互之间的高速摩擦，而产生的温度
变化等等。动态温度的测量比较复杂，传统的测温方法往往有各种各样的缺陷。
比如用使用热敏电阻时，虽然动态响应好，但其测温上限不高且测量电路较为复
杂，不足以安装在狭小的环境中；热电偶虽然测温范围广，但其接触式的测温原
理导致其动态特性不好，不适合作为测量动态温度的温度传感器。近年来随着科
技的发展，各种测温方式皆有突破，使得动态温度的测量成为可能。
对动态温度的研究起源与对兵器的探索。美国在第二次世界大战期间曾使用
热电偶测量了 M60 式机枪枪管内膛表面瞬态温度；C.E.Moller 利用 Mefthme 公司研制的双丝型热电偶对 7.62mm试验枪膛内壁、外壁表面温度进行了测量研究,
其响应时间为微秒级。除了对武器的探索外，日本曾在优尔十年代时研制了夹板式
薄膜热电偶,用于测定内燃机内的瞬态温度。所研制的热电偶响应时间为 1ps，
瞬时测量可达到 1500℃[2]。 国内对瞬态温度测量的研究起步较晚,大约始于七十年代,至今也取得了一
些进展。西北工业大学研制了用于锻模表面瞬态温度测量的薄膜热电偶,其时间
常数为 50μs[3]。202 所张春元、杨文华用镍铬-镍硅热电偶对炮管射击过程中的
内膛表面温度进行了测试[4]； 随着现代科技的发展和各种尖端技术对测温的要求， 世界各国正在积极开展
传感器新材料、新效应、新工艺、新结构以及新器件的研究， 探索新的传感途径[2]。现如今对温度传感器的要求不再局限于精度，而是对温度传感器的灵敏度、极限