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(huì)105、主要參考文獻(xiàn)11一、序言隨著信息時(shí)代的到來(lái)，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一。測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是從對(duì)象信息的有效獲取開(kāi)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(hào)性質(zhì)的不同，還需要采用不同的測(cè)量電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理以滿足測(cè)量的要去。因此，觸感其與檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)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(jiǎn)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(dòng)沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測(cè)溫場(chǎng)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(cè)量為溫度范圍：-200 500 ，電路不太復(fù)雜的簡(jiǎn)易的熱電偶溫度傳感器，考慮到制作材料相對(duì)便宜，我們選擇了銅-銅鎳（康銅）。在選擇測(cè)量電路時(shí)，我們從簡(jiǎn)單，符合測(cè)量范圍要求及熱電偶的技術(shù)特性，我們采用了AD592對(duì)T型熱電偶進(jìn)行冷結(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償電路。這種型號(hào)的電路允許的誤差（0.5 或0.004x|t|）相對(duì)于其他類型的熱電偶具有測(cè)量溫度精度高，穩(wěn)定好，低溫時(shí)靈敏度高，價(jià)格低廉。能較好的滿足測(cè)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(cè)，對(duì)于溫度的測(cè)量、控制，以及對(duì)溫度信號(hào)的放大、變換等都很方便，·結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，·價(jià)格便宜，·惰性小，·準(zhǔn)確度高，·測(cè)溫范圍廣，·能適應(yīng)各種測(cè)量對(duì)象的要求（特定部位或狹小場(chǎng)所），如點(diǎn)溫和面溫的測(cè)量，·適于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制。b、缺點(diǎn)·測(cè)量準(zhǔn)確度難以超過(guò)0.2，·必須有參考端，并且溫度要保持恒定。·在高溫或長(zhǎng)期使用時(shí)，因受被測(cè)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(cè)溫端叫測(cè)量端，接線端子端叫

4、參比端，當(dāng)兩端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生電流，那么兩端之間就會(huì)存在Seebeck熱電勢(shì)，即塞貝克效應(yīng)。熱電勢(shì)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(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)。溫度測(cè)量范圍和允許誤差熱電偶名稱型號(hào)分度號(hào)允差等級(jí)測(cè)量范圍()允 差(參考端為0)鉑銠30-鉑銠6WRB(WRR)B2級(jí)6001700±0.0025t3級(jí)600800±48001700±0.005t鉑銠10-鉑WRS(WRP)S2級(jí)0600±1.56001600±0.0025t鉑銠13-鉑WRR(WRQ)R2級(jí)0600±1.56001600±0.

5、0025t鎳鉻-鎳硅WRK(WRN)K2級(jí)-40333±2.53331200±0.0075t鎳鉻-銅鎳WREE2級(jí)-40333±2.5333900±0.0075t銅-銅鎳WRT(WRC)T2級(jí)-40133±1133350±0.0075t鐵-銅鎳WRJ(WRF)J2級(jí)-40+333±2.5333750±0.0075t鎳鉻硅-鎳硅鎂WRN(WRM)N2級(jí)-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(gè)表格，我們擬定使用T型。 熱響應(yīng)時(shí)間：    在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，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(shí)間，稱為熱響應(yīng)時(shí)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(cè)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(duì)陶瓷保護(hù)管而言，應(yīng)不小于保護(hù)管直徑的1015倍；對(duì)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(cè)量溫度時(shí)，尖端（測(cè)量端）的敏感元件把測(cè)量對(duì)象的溫度通過(guò)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(duì)于工業(yè)方面作為基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)使用時(shí)，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(lái)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(huì)具體介紹）中，補(bǔ)償器把測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)。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(cè)溫導(dǎo)

9、線 用外帶絕緣的熱電偶絲材焊接而成，是測(cè)溫產(chǎn)品里結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)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(dòng)、熱響應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等許多優(yōu)點(diǎn)，可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)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(jiàn)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(cè)量T型熱電偶測(cè)試端的溫度，與此同時(shí)進(jìn)行冷結(jié)點(diǎn)補(bǔ)償，再由運(yùn)算放大器A1（OPAMP）將測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行放大

10、，輸出電壓U。靈敏度為10mV/ ，即輸出電壓與被測(cè)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(huì)1、本實(shí)驗(yàn)對(duì)我們來(lái)說(shuō)最大的難點(diǎn)是正確選擇做什么，這大概占了我們所有時(shí)間的一半。我們?cè)跊Q定做什么時(shí)，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(shí)間做不下去，不得不選擇重新選題，從零開(kāi)始做。另外就是解決如何用CAD軟件畫(huà)自己想要畫(huà)的圖，及用Protel軟件畫(huà)我們的EDA電路圖。在這個(gè)過(guò)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(shū)館、網(wǎng)上查了很多的資料，當(dāng)我們有了明確的思路時(shí)，三人分好工后，我們發(fā)現(xiàn)做起來(lái)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(gè)復(fù)雜、自己想不通的問(wèn)題時(shí)，查找資料很重要，尤其是去圖書(shū)館。以前很少去圖書(shū)館，以為圖書(shū)館沒(méi)什么值得看的書(shū)，其實(shí)不是，是自己