熱電偶溫傳感器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、傳感器課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：熱電偶溫度傳感器 2010年12月30日目錄1、序言32、方案設(shè)計(jì)及論證43、設(shè)計(jì)圖紙94、設(shè)計(jì)心得和體會105、主要參考文獻(xiàn)11一、序言隨著信息時代的到來，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一。測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是從對象信息的有效獲取開始的不同種類的物理量不僅需要不同種類的傳感器進(jìn)行采集，而且因信號性質(zhì)的不同，還需要采用不同的測量電路對信號進(jìn)行調(diào)理以滿足測量的要去。因此，觸感其與檢測技術(shù)在現(xiàn)代測量與控制系統(tǒng)中具有非常重要的地位。 而在所有的傳感器中，熱電偶具有構(gòu)造簡單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，常用于高溫區(qū)域、振

2、動沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測溫場合。因此，我們想設(shè)計(jì)一種熱電偶傳感器能夠在低溫下使用，可以適用于試驗(yàn)和科研中，測量為溫度范圍：-200 500 ，電路不太復(fù)雜的簡易的熱電偶溫度傳感器，考慮到制作材料相對便宜，我們選擇了銅-銅鎳（康銅）。在選擇測量電路時，我們從簡單，符合測量范圍要求及熱電偶的技術(shù)特性，我們采用了AD592對T型熱電偶進(jìn)行冷結(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償電路。這種型號的電路允許的誤差（0.5 或0.004x|t|）相對于其他類型的熱電偶具有測量溫度精度高，穩(wěn)定好，低溫時靈敏度高，價格低廉。能較好的滿足測量范圍。熱電偶同其它種溫度計(jì)相比具有如下特點(diǎn)：a、優(yōu)點(diǎn)·熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成

3、電量進(jìn)行檢測，對于溫度的測量、控制，以及對溫度信號的放大、變換等都很方便，·結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，·價格便宜，·惰性小，·準(zhǔn)確度高，·測溫范圍廣，·能適應(yīng)各種測量對象的要求（特定部位或狹小場所），如點(diǎn)溫和面溫的測量，·適于遠(yuǎn)距離測量和控制。b、缺點(diǎn)·測量準(zhǔn)確度難以超過0.2，·必須有參考端，并且溫度要保持恒定。·在高溫或長期使用時，因受被測介質(zhì)影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原）等而發(fā)生劣化。二、設(shè)計(jì)方案及論證1、熱電偶工作原理: 如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端子端叫

4、參比端，當(dāng)兩端存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生電流，那么兩端之間就會存在Seebeck熱電勢，即塞貝克效應(yīng)。熱電勢的大小只與熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，與熱電偶導(dǎo)體的長度、直徑無關(guān)。溫度測量范圍和允許誤差熱電偶名稱型號分度號允差等級測量范圍()允 差(參考端為0)鉑銠30-鉑銠6WRB(WRR)B2級6001700±0.0025t3級600800±48001700±0.005t鉑銠10-鉑WRS(WRP)S2級0600±1.56001600±0.0025t鉑銠13-鉑WRR(WRQ)R2級0600±1.56001600±0.

5、0025t鎳鉻-鎳硅WRK(WRN)K2級-40333±2.53331200±0.0075t鎳鉻-銅鎳WREE2級-40333±2.5333900±0.0075t銅-銅鎳WRT(WRC)T2級-40133±1133350±0.0075t鐵-銅鎳WRJ(WRF)J2級-40+333±2.5333750±0.0075t鎳鉻硅-鎳硅鎂WRN(WRM)N2級-40333±2.53331200±0.0075t鎢錸3-鎢錸25WRW3WRe3- WRe25(W3、D) 2002000±1

6、.0%t鎢錸5-鎢錸26WRW5WRe5- WRe25(W5、C) 2002000±1.0%t鉑熱電阻WZPPt100A-200420±(0.15+0.002t)B±(0.30+0.005t)銅熱電阻WZCCu50 -50150±(0.30+0.006t)由上個表格，我們擬定使用T型。 熱響應(yīng)時間：    在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電偶或熱電阻的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的50%所需要的時間，稱為熱響應(yīng)時間。用t0.5表示。公稱壓力：     &#

7、160;  一般是指在工作溫度下，保護(hù)管所能承受的靜態(tài)外壓而不破裂。實(shí)際上，容許工作壓力不僅與保護(hù)管材料、直徑、壁厚有關(guān)，而且還與其結(jié)構(gòu)、安裝方法、置入深度以及被測介質(zhì)的流速和種類有關(guān)。 置入深度 熱電偶最小置入深度對陶瓷保護(hù)管而言，應(yīng)不小于保護(hù)管直徑的1015倍；對金屬及合金保護(hù)管，應(yīng)大于保護(hù)管直徑的1520倍。熱電偶的上限溫度絕緣電阻值應(yīng)不小于下表規(guī)定：上限溫度tm ()試驗(yàn)溫度t ()電阻值 M100tm300t= tm10300tm500t= tm2500tm850t= tm0.5850tm1000t= tm0.081000tm1300t= tm0.02tm1300t= 13

8、000.022、熱電偶溫度溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖示意：3熱電偶溫度傳感器工作原理如上圖，T型熱電偶傳感器在測量溫度時，尖端（測量端）的敏感元件把測量對象的溫度通過補(bǔ)償導(dǎo)線傳到補(bǔ)償器（由于熱電偶傳感器存在基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)要求保持穩(wěn)定，但對于工業(yè)方面作為基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)使用時，基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)的溫度保持恒定非常困難，這就需要補(bǔ)償器來保持節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定，這里我們采用的是AD592制作的補(bǔ)償器，在后面我們會具體介紹）中，補(bǔ)償器把測得的溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)過銅導(dǎo)線傳送到接收端。它可以直接與顯示儀表（如電子電位差計(jì)、數(shù)字表等）配套使用，也可以與溫度變送器配套，傳換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號。4熱電偶結(jié)構(gòu)這次我們決定使用鎧裝式熱電偶熱電偶測溫導(dǎo)

9、線 用外帶絕緣的熱電偶絲材焊接而成，是測溫產(chǎn)品里結(jié)構(gòu)最為簡單的一種，響應(yīng)速度極快。. 鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)原理是：由熱電偶絲、高純氧化鎂和不銹鋼保護(hù)管經(jīng)多次復(fù)合一體拉制而成,具有能彎曲、耐高壓、耐震動、熱響應(yīng)時間快和堅(jiān)固耐用等許多優(yōu)點(diǎn)，可以直接測量各種生產(chǎn)過程中0800范圍內(nèi)的液體、氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。我們采用的是絕緣式選擇的依據(jù)：溫度補(bǔ)償方法：前面提到的AD592做冷端補(bǔ)償，詳見后面電路圖三、設(shè)計(jì)圖紙如圖，在T型熱電偶傳感器的電路圖中，電路采用電流輸出型溫敏傳感器AD592測量T型熱電偶測試端的溫度，與此同時進(jìn)行冷結(jié)點(diǎn)補(bǔ)償，再由運(yùn)算放大器A1（OPAMP）將測量的信號進(jìn)行放大

10、，輸出電壓U。靈敏度為10mV/ ，即輸出電壓與被測溫度成比例。REF01為穩(wěn)壓管，為 AD592提供10V的穩(wěn)定工作電壓，RP1用于調(diào)節(jié)失調(diào)電壓。RP2用于增益調(diào)節(jié)，R4和C1構(gòu)成截止頻率為1.6KHz的低通濾波器四、設(shè)計(jì)心得和體會1、本實(shí)驗(yàn)對我們來說最大的難點(diǎn)是正確選擇做什么，這大概占了我們所有時間的一半。我們在決定做什么時，確實(shí)做了很大的彎路。由不知道做什么，到選擇了做什么，但做到一段時間做不下去，不得不選擇重新選題，從零開始做。另外就是解決如何用CAD軟件畫自己想要畫的圖，及用Protel軟件畫我們的EDA電路圖。在這個過程中，我們有很多的沮喪和放棄的念頭。2、為了獲得思路，正確可行的傳感器類型，我們上圖書館、網(wǎng)上查了很多的資料，當(dāng)我們有了明確的思路時，三人分好工后，我們發(fā)現(xiàn)做起來其實(shí)真的不是太難。3、另外，這次課程設(shè)計(jì)給我最大收獲就是：要解決一個復(fù)雜、自己想不通的問題時，查找資料很重要，尤其是去圖書館。以前很少去圖書館，以為圖書館沒什么值得看的書，其實(shí)不是，是自己