傳感器與測控電路課程設(shè)計報告基于K型熱電偶傳感器測量電路設(shè)計

1、 課程設(shè)計報告題 目： 基于k型熱電偶傳感器測量電路設(shè)計 課 程： 傳感器與測控電路課程實習 專 業(yè)： 班 級： # 學 號： 姓 名： # 指導教師： $ 總 目 錄第一部分：任務(wù)書 第二部分：課程設(shè)計報告 第三部分：實物接線圖第 一 部 分任務(wù)及指導書 傳感器與測控電路課程實習課程設(shè)計任務(wù)書課題：基于k型熱電偶傳感器測量電路設(shè)計一個電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作過程所涉及的知識面很廣；加上電子技術(shù)的發(fā)展異常迅速，新的電子器件的功能在不斷提升，新的設(shè)計方法不斷發(fā)展，新的工藝手段層出不窮，它們對傳統(tǒng)的設(shè)計、制作方法提出了新的挑戰(zhàn)。但對于初次涉足電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作來說，了解并實踐一下傳感器選擇與測控電路

2、的設(shè)計、制作的基本過程是很有必要的。由于所涉及的知識面很廣，相應(yīng)的具體內(nèi)容請參考本文中提示的傳感器原理及應(yīng)用，測控電路，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計，電子技術(shù)實驗等書的有關(guān)章節(jié)。一、基于k型熱電偶傳感器測量電路設(shè)計簡介k型熱電偶的電極材料是鎳鉻鎳硅，其精度等級為0.75級時，溫度為01200，其測量溫度誤差為0.75%。采用恰當?shù)木€性化處理后，可將精度提高到0.1%0.2%。具有零點補償功能。二、基于k型熱電偶傳感器測量電路設(shè)計的工作原理本課題中測量電路組成框圖如下所示： 測量電路由k型熱電偶傳感器，零點補償和放大電路，乘法運算電路，反相放大器1，反相加法器1和反相加法器2，反相放大器2等主

3、電路組成；電路能夠?qū)崿F(xiàn)零點補償和非線性校正功能。輸出分為兩路：一路是0600對應(yīng)的輸出電壓為06v；另一路是6001200對應(yīng)的輸出電壓為612v。三、設(shè)計目的1、掌握傳感器選擇的一般設(shè)計方法2、掌握模擬器件的應(yīng)用3、掌握測量電路的設(shè)計方法4、培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學知識來指導實踐的能力 四、設(shè)計要求及技術(shù)指標1、設(shè)計、組裝、調(diào)試 2、溫度測量范圍：012003、使用環(huán)境溫度范圍：085 4、輸出電壓：0600為06v；6001200為612v5、測溫誤差：0.56、具有溫度補償功能7、具有非線性補償功能 五、設(shè)計所用儀器及器件1直流穩(wěn)壓電源2雙蹤示波器3萬用表4運放ad648，ad595，ad538

4、5電阻、電容若干6k型熱電偶傳感器7萬能電路板8電烙鐵等六、日程安排1布置任務(wù)、查閱資料，方案設(shè)計； 根據(jù)設(shè)計要求，查閱參考資料，進行方案設(shè)計及可行性論證，確定設(shè)計方案，畫出電路圖。2上機用eda軟件對設(shè)計電路進行模擬仿真調(diào)試； 要求在虛擬儀器上觀測到正確的波形并達到規(guī)定的技術(shù)指標。3電路的裝配及調(diào)試； 在萬能板上對電路進行裝配調(diào)試，使其全面達到規(guī)定的技術(shù)指標，最終通過驗收。4總結(jié)撰寫課程設(shè)計報告。 七、課程設(shè)計報告內(nèi)容：總結(jié)設(shè)計過程，寫出設(shè)計報告，設(shè)計報告具體內(nèi)容要求如下：1課程設(shè)計的目和設(shè)計的任務(wù)2課程設(shè)計的要求及技術(shù)指標3總方案的確定并畫出原理框圖。 4各組成單元電路設(shè)計，及電路的原理、

5、工作特性(結(jié)合設(shè)計圖寫) 5總原理圖，工作原理、工作特性（結(jié)合框圖及電路圖講解）。6電路安裝、調(diào)試步驟及方法，調(diào)試中遇到的問題，及分析解決方法。7實驗結(jié)果分析，改進意見及收獲。8體會。八、電子電路設(shè)計的一般方法：1仔細分析產(chǎn)品的功能要求，利用互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱資料，從中提取相關(guān)和最有價值的信息、方法。（1）設(shè)計總體方案。（2）設(shè)計單元電路、選擇傳感器、測量電路元器件、根據(jù)需要調(diào)整總體方案（3）計算電路（元件）參數(shù)。（4）繪制總體電路初稿（5）上機在edb（或eda）電路實驗仿真。（6）繪制總體電路。2明確電路圖設(shè)計的基本要求進行電路設(shè)計。并上機在edb（或eda）上進行電路實驗仿真，電路圖

6、設(shè)計已有不少的計算機輔助設(shè)計軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工繪圖的壓力，電路實驗仿真大大減少人工重復(fù)勞動，并可幫助工程技術(shù)人員調(diào)整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。3掌握常用元器件的識別和測試。電子元器件種類繁多，并且不斷有新的功能、性能更好的元器件出現(xiàn)。需要通過互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱它們的識別和測試方法。對于常用元器件，不少手冊有所介紹。4、熟練使用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。通過排除電路故障，提高電路性能的過程，鞏固理論知識,提高解決實際問題的能力。5、獨立撰寫課程設(shè)計報告。第 二 部 分課程設(shè)計報告目 錄1設(shè)計的目的及任務(wù).（1）1.1 課程設(shè)計的目的.（1）1.2 課

7、程設(shè)計的任務(wù)與要求.（1）1.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標.（1）2 電路設(shè)計總方案及原理框圖.（2）2.1 電路設(shè)計原理框圖.（2）2.2 電路設(shè)計方案設(shè)計.（2）3 總電路設(shè)計.。.（3）3.1 非線性校正電路的工作原理.（3）3.3 電路的參數(shù)選擇及計算.（5） 3.4總電路圖.（6）4 總電路的安裝調(diào)試、實驗結(jié)果及誤差分析.（8）4.1 總電路的安裝調(diào)試.（8）4.2 總電路的實驗結(jié)果.（8）4.3 造成以上誤差的原因.（9）5 收獲與體會.（10）6 儀器儀表明細清單.（11）參考文獻.（11）傳感器與測控電路課程設(shè)計1設(shè)計的目的及任務(wù)1.1 課程設(shè)計的目的 1、掌握傳感器選擇的一般設(shè)計方

8、法 2、掌握模擬器件的應(yīng)用3、掌握測量電路的設(shè)計方法4、培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學知識來指導實踐的能力1.2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求利用k型熱電偶、零點補償集成塊ad595、非線性校正集成塊ad538和具有雙運放集成塊ad648設(shè)計帶零點補償和非線性校正功能的高精度k型熱電偶數(shù)字測溫儀。（k型熱電偶的電極材料是鎳鉻鎳硅，其精度等級為0.75級時，溫度為0-1200，其測量溫度誤差為0.75%。）1.3 課程設(shè)計的技術(shù)指標1、設(shè)計、組裝、調(diào)試 2、溫度測量范圍：012003、使用環(huán)境溫度范圍：0854、輸出電壓：0600為06v；6001200為612v5、測溫誤差：0.56、具有溫度補償功能7、具有非線性

9、補償功能 傳感器與測控電路課程設(shè)計2 電路設(shè)計總方案及原理框圖 測量電路由k型熱電偶傳感器、零點補償和放大電路、乘法運算電路、反相放大器1、反相加法器1、反相加法器2和反相放大器2等主電路組成；電路能夠?qū)崿F(xiàn)零點補償和非線性校正功能。輸出分為兩路：一路是0600對應(yīng)的輸出電壓為06v；另一路是6001200對應(yīng)的輸出電壓為612v。 傳感器與測控電路課程設(shè)計3 總電路設(shè)計3.1非線性校正電路的工作原理熱電偶的熱電動勢vi與溫度t不成線性關(guān)系，可用下式表示：vi=a0+a1t+a2t2+antn （a0為零點輸出；a1為靈敏度；a2，a3，an為非線性項系數(shù)）其中a0，a1，a2，a3，an可由最

10、小二乘法或計算機程序求出。k型熱電偶的高階多項式經(jīng)計算可用下式表示：0-600 (5-1) ad538ad組成了乘除器，它有三個輸入端子vx、vy和vz，且能完成下列運算： (5-2)式中，m=0.2-5，可通過不同接線取得不同的m值。ad538的b(3腳)和c(12腳)相連，則m=1。由于vy和vz的輸人為va，15腳與4腳連接，ad538內(nèi)部基準電壓由4腳輸出電壓10v，故vx=10v，因此式(5-2)為： (5-3)從而實現(xiàn)了平方運算。 溫度在0-600范圍時，由雙運放ad648中a1和a2實現(xiàn)式(5-1)的運算，由a1和a2完成一次項系數(shù)1.009534的運算，其中a1是反相輸入的放大

11、器，a2是反相輸入的加法器。a1的輸出為vo1調(diào)整多圈電位器rpl可使vo1=1.009534va。a2的一條支路r6與r3組成一個系數(shù)為(1)的支路，它將vo1轉(zhuǎn)換成vo=1.009534va r6與r4組成va的二次系數(shù)支路r6與r5組成常系數(shù)11.4的偏置電路，其輸出為：由疊加定理可得：3.3非線性校正電路參數(shù)計算方案（一）取r1=1k,r2=10k,r3=90k,r4=4.55m,rp1取010kvo1=調(diào)節(jié)可以使vo1=-1.009534=-1, vo1=1.009534=-5.55=-11v疊加可得：vo=（-11+1.009534va-5.55） 方案（二） 取r6=r3=r2=

12、10k、r1=9.4k rp1=506 取rp1=1k r5=8.8m 取r5=9.1m r4=181.6k 取r4=180k 傳感器與測控電路課程設(shè)計3.2 總電路圖3.2.1總電路圖 傳感器與測控電路課程設(shè)計3.3.2總體電路的工作原理由k型熱電偶專用集成塊ad595測量熱電偶輸出熱電勢，在經(jīng)過非線性校正集成塊ad538進行非線性校正，實現(xiàn)常數(shù)項、一次項和二次項，最后通過具有雙運放功能的集成塊ad648調(diào)整其常數(shù)項、一次項和二次項的系數(shù)，實現(xiàn)k型熱電偶測溫。 傳感器與測控電路課程設(shè)計4 總電路的調(diào)試、實驗結(jié)果及誤差分析4.1總電路的安裝與調(diào)試 按照設(shè)計好的實物接線圖把所需的器件焊接于電路板

13、上，將k型熱電偶和溫度計放入沸水中，當溫度計的示數(shù)為100時，調(diào)節(jié)rp1使萬用表中的電壓示數(shù)為1.0000v，讓水冷卻，溫度計上的示數(shù)大約每降2-3讀一次萬用表示數(shù)并記入該示數(shù)，直至水冷卻至室溫（25）。4.2總電路的實驗結(jié)果 傳感器與測控電路課程設(shè)計 4.4造成以上誤差的主要原因4.4.1電路板中的電阻為理論值的近似值并非與理論值完全相等。4.4.2萬用表、溫度計的儀器誤差和人為讀取示數(shù)誤差。 傳感器與測控電路課程設(shè)計5收獲與體會 這次的測控電路課程設(shè)計讓我收獲很多，以前做課程設(shè)計，我一直很困惑那個數(shù)據(jù)是怎么來的，可是老師也沒解釋，當時的我真的很郁悶，現(xiàn)在這次課程設(shè)計，我是自己一步一步做過來

14、的，還是很有成就感的。一開始的幾天時間，老師讓我們查資料的，我也是一點一點的查了過來，上網(wǎng)看，看了很多，還有很多是英文的，看的很累，但是功夫不負有心人啊，查的東西都用到了，而且老師還說我找的比較詳細，她還用我做例子講的，很有成就感。 接下來就是上機調(diào)試了，好了沒問題后就發(fā)器件準備焊電路了，我花了半天時間把電路焊好，可是我們的集成塊沒有，等到集成塊到了有好幾天了，終于一波三折的東西全好了，開始調(diào)試。 一開始線路都接好了就是不出數(shù)據(jù)，當時很急很急，我懷疑是那邊電路接錯了，一點一點的查，最后發(fā)現(xiàn)不是電路焊接錯了，而是我焊接時比較粗心有幾個點沒焊接。從這個小事當中我看見了我不夠細心。細節(jié)是很關(guān)鍵的。終

15、于可以調(diào)試了，松了口氣，調(diào)試過程真的很累，那個數(shù)據(jù)要側(cè)很多組，由于熱交換的快慢，一開始還好，水溫下降的很快，數(shù)據(jù)也很準確；后來水溫下降了，熱交換變慢，測個數(shù)據(jù)要好一會，我們幾個分工合作，大家也很急，也很累，但是沒辦法，堅持測，但是又發(fā)現(xiàn)了問題：水的溫度不均勻，導致測出的溫度很不準確，后來想了個折中的辦法，我們當中一個人攪拌，但是溫度計不能動，一邊攪拌一邊觀察，后來看數(shù)據(jù)的準確要好一點，沒辦法問了準確辛苦一點就辛苦一點吧。后來數(shù)據(jù)都出來了，感覺很有成就感。通過這次課程設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論與實際相結(jié)合，讓我知道遇到問題怎么解決，讓我學會了自己設(shè)計數(shù)據(jù)，讓我知道了我們專業(yè)都能干些什么事情，還從中看到了我的一些缺點，我有點粗心，發(fā)現(xiàn)了缺點我就會努力改正。謝謝老師給我們的指導。6 儀器儀表明細清單 型號數(shù)量型號數(shù)量直流穩(wěn)壓電源 +15v/-15v1電阻10k 3雙蹤示波器1電阻20k 1萬用表 1電阻1 k 1雙運放ad6481電阻2.2k 1ad595 1電阻9.1 k