摘 要

目前在接触式温度测量中使用最广的传感器便是热电偶传感器，在滑动摩擦表面温度测量中常用的测量方法是接触式测温。滑动摩擦无处不在，从日常生活，到工业生产，再到航空航天，都与滑动摩擦息息相关，滑动摩擦表面温度的测量显得尤为重要，它能通过监测到的表面温度变化，为人们采取相应措施提供理论基础。本次设计选用 K 型热电偶设计了一个滑动摩擦表面温度测温系统，以此显示销-盘实验机实验盘表面的实时温度。滑动摩擦表面温度测试系统由温度采集模块、主控制模块，下载模块和LCD液晶显示模块，具有STC89S52单片机作为主控制器。K型热电偶能测量0〜1200℃之间的范围，使用MAX6675热电偶数字转换器将K型热电偶电信号转换成数字信号，并进行冷接点温度补偿。采集热电偶的热电势，经程序解算后得到温度值，通过 LCD 液晶显示。该系统具有测量范围广、系统轻便的特点，在滑动摩擦表面温度测温中具有一定的应用价值。

关键词：K 型热电偶 ；单片机 AT89S52；滑动摩擦；接触式测温

Abstract

At present, the most widely used sensor in contact temperature measurement is thermocouple sensor, and the common measurement method in sliding friction surface temperature measurement is contact temperature measurement. Sliding friction is everywhere, from daily life, to industrial production, and then to aerospace, are closely related to sliding friction, sliding friction surface temperature measurement is particularly important, it can be too high or too low temperature, for people to take corresponding measures to provide a theoretical basis. In this design, a sliding friction surface temperature measuring system is designed with k-type thermocouple, so as to display the real-time temperature on the surface of the pin - disk experimental machine. Sliding friction surface temperature test system consists of temperature acquisition module, main control module, download module and LCD module, with STC89S52 single chip microcomputer as the main controller. Model k thermocouple can measure the range from 0℃ to 1200℃. The MAX6675 thermocouple digital converter is used to convert the k-type electrical signal into digital signal and compensate the cold contact temperature. The thermoelectric potential and measuring potential compensation of the sampling thermocouple are calculated by the program to get the temperature value, which is displayed by LCD. The system has the characteristics of wide measuring range and light weight, and has certain application value in measuring temperature of sliding friction surface.

Key words: K-type thermocouple; Microcontroller AT89S52; Sliding friction; Industrial temperature measurement

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景、意义 1

1.2国内外研究现状 1

第2章 滑动摩擦表面温度测试系统方案论证 3

2.1 滑动摩擦表面温度采集方案 3

2.2 温度显示方案 3

第3章 滑动摩擦表面温度测试系统总体设计 4

3.1 系统总体分析 4

3.2 系统设计原理 4

第4章 摩擦温度测试系统主要元件的选用 5

4.1 STC89C52单片机介绍 5

4.1.1 STC89C52单片机应用介绍 5

4.1.2 STC89C52单片机标准功能 5

4.1.3主要管脚说明 6

4.2 K型热电偶说明 6

4.3 MAX6675简介 6

4.3.1 MAX6675性能及结构 7

4.3.2 MAX6675的工作原理与功能 8

4.4 1602LCD 液晶显示模块 11

4.4.1 1602LCD 液晶性能 11

4.4.2 1602LCD 液晶引脚说明表 12

4.4.3 1602LCD 的各种字符集 13

第5章 滑动摩擦测温系统部分电路设计 14

5.1 摩擦温度测试主控制系统设计 14

5.2 摩擦温度采集系统硬件与软件设计 15

5.2.1温度采集硬件设计 15

5.2.2温度采集程序设计 15

5.3 滑动摩擦温度显示电路 15

5.3.1温度显示硬件设计 15

5.3.2温度显示程序设计部分 17

5.4 滑动摩擦测温系统液晶显示电路的设计 19

5.4.1 lcd液晶显示硬件设计 19

5.4.2 lcd液晶显示程序设计部分 20

第6章 Labview显示界面设计 25

6.1 上位机串行通信电路设计 25

6.2 Labview八路显示界面 27

第7章 总结 29

参考文献 30

致 谢 31

附录A硬件仿真图 32

附录B主要源程序 32

绪论

1.1课题研究背景、意义

随着工业尤其是制造业的发展，摩擦学知识及技术得到了越来越高的重视。据2006年中国工程院对中国八个领域的一项调查，如果正确运用摩擦学的相关知识，可以节约3270亿元人民币，相当于我国当年GDP总量的1．55％^[1]。滑动摩擦过程中，因摩擦所消耗的机械能约有85％～95％转化为热能。摩擦热在接触界面及其亚表面产生，导致接触界面出现显著温升；同时，热量向四周传导并形成一个非均匀，非稳定的温度场。这种高温及温度梯度会对摩擦副的摩擦学性能带来巨大的影响，例如构成摩擦副的材料会因此产生热疲劳裂纹、塑性变形、晶体化，以及导致润滑剂的性能蜕化等，这种高温及温度梯度在相当大的程度上决定了机械零部件的稳定性和使用寿命。因此，研究并掌握摩擦温度场(尤其是滑动接触界面)变化规律与摩擦副摩擦学特性之间的关系至关重要。滑动摩擦热效应及其温度场受到载荷、滑动速度、摩擦力、表面形貌、摩擦副材料的属性、润滑条件以及摩擦副结构等因素的综合影响。由于试样盘在工作过程中处于运动状态，且互相接触，因此无论使用接触式或非接触式：都很难准确测量接触界面的温度；而常用的数值计算方法将摩擦热流作为边界条件引入模型，需要进行大量的简化和假设，因而很难获得精度较高的瞬态温度场。因此，如何获取滑动摩擦接触界面瞬态温度场是摩擦学领域研究的重点和难点。