基于熱電偶傳感器的電爐溫度檢測系統(tǒng)

1、傳感器與檢測技術(shù)大作業(yè) 基于熱電偶傳感器的電爐溫度檢測系統(tǒng)1、 測溫傳感器的選擇目前，市場上溫度傳感器的種類有許多，按照用途分可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測量方法可分為接觸的與非接觸的等。根據(jù)成本、準(zhǔn)確度及測溫范圍不同，選擇不同的傳感器。下面是一些溫度傳感器的比較：種類熱電偶傳感器熱敏電阻傳感器PN結(jié)電壓傳感器傳感器材質(zhì)兩種不同的金屬一種熱敏金屬硅半導(dǎo)體二極管測量溫度02400-200900-50150信號(hào)類型熱電偶則是隨著溫度的不同，其產(chǎn)生感應(yīng)電壓也不同。熱敏電阻本身是電阻，阻值隨著溫度的變化而產(chǎn)生變化半導(dǎo)體集成溫度傳感器，根據(jù)電壓變化，來確定溫度特點(diǎn)熱電勢比較小，測量精度低，而且使用

2、過程中需要冷端補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)化程度高，但需要接入橋路才能得到輸出體積小，線性好，但是測量溫度范圍小在工業(yè)化中電爐的溫度一般在1000以上，而且長時(shí)間高溫，溫度測量的相應(yīng)程度與準(zhǔn)確度要好，因此這對溫度傳感器提出很高的要求。熱電偶傳感器具有裝配簡單，抗震性好，精確度高，相應(yīng)時(shí)間快，使用壽命長，最重要的是耐高溫。故擇熱電偶測量電爐溫度的原因有以下4點(diǎn)：1) 屬于自發(fā)電型傳感器，因此測量時(shí)可以不需要外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表。2) 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制，可按照需求選擇。3) 測量范圍廣，高溫?zé)犭娕伎蛇_(dá)1800攝氏度以上，低溫?zé)犭娕伎蛇_(dá)-260攝氏度4) 測量準(zhǔn)確度較高，各

3、溫區(qū)中的誤差均符合國際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。熱電偶的工作原理的熱電效應(yīng)，兩種不同成份的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn)溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電勢。如果熱電偶的測量端與補(bǔ)償端端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)顯示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的特性：1) 中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中插入第三種（或多種）均質(zhì)材料，只要所插入的材料兩端連接點(diǎn)溫度相同，則所插入的第三種材料不影響原回路的熱電勢。這條定律表明在熱電偶回路中可拉入測量熱電勢的儀表，只要儀表處于穩(wěn)定的環(huán)境溫度即可。同時(shí)還表明熱電偶的接點(diǎn)不僅可經(jīng)焊接而成，也可以借用均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。2) 熱電偶的熱電勢將隨著測量端溫度的升高而增

4、加，熱電勢的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。2、 電爐測溫方案論證你本測溫系統(tǒng)根據(jù)單片機(jī)為微控制器，對系統(tǒng)有2種設(shè)計(jì)方案：方案一：系統(tǒng)由熱電偶和集成溫度傳感器AD590測量熱端和冷端溫度，采用數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集并傳輸給計(jì)算機(jī)。根據(jù)熱電偶中間溫度定律，利用計(jì)算機(jī)采用查表和曲線擬合進(jìn)行非線性校正及冷端補(bǔ)償。本系統(tǒng)將濾波、非線性和冷端補(bǔ)償?shù)裙δ苡绍浖?shí)現(xiàn)，簡化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度，但成本較高。方案二：根據(jù)模電、數(shù)電等知識(shí)，在不同的溫度下熱電偶產(chǎn)生不同的電動(dòng)勢，經(jīng)過運(yùn)算放大器組成的儀表放大器電路，輸出與放大倍數(shù)有關(guān)的相應(yīng)0到5V的壓降，再由AD

5、C0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集并送給單片機(jī)處理數(shù)據(jù)把測得溫度送到液晶屏上。不同的溫度產(chǎn)生不同的壓降，且基本上呈線性規(guī)律。所以放大壓直接送單片機(jī)處理并顯示。方案論證：從精確度來看，方案一好，但方案二電路實(shí)現(xiàn)簡單，占用內(nèi)存較小，抗干擾能力強(qiáng)，成本較低。所穩(wěn)定性好可選用方案一測量電路，若考慮便于與單片機(jī)接口連接，方案二最方便。因此本系統(tǒng)中選用方案二。3、 電爐溫度檢測系統(tǒng)工作原理查閱文獻(xiàn)資料，熱電偶的兩種金屬材料只有有多種組合形式滿足電爐的抗高溫的要求，但實(shí)際生產(chǎn)中用鉑銠30/鉑銠6熱電偶。其分度號(hào)為s,正極是90%鉑和10%銠的合金,負(fù)極為純鉑絲。這種熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是能容易制備純度極高的鉑銠合金,因此便于

6、復(fù)制,且測溫精度高,可作為國際實(shí)用溫標(biāo)中630.741064.43范圍內(nèi)的基準(zhǔn)熱電偶。其物理化學(xué)穩(wěn)定性高,宜在氧化性和中性氣氛中使用;它的熔點(diǎn)較高,故測溫上限亦高。在工業(yè)測量中一般用它測量1000以上的溫度,在1300以下可長期連續(xù)使用,短期測溫可達(dá)1600。所以我選擇這種電偶。在工業(yè)生產(chǎn)中，測溫范圍從幾百度到一千多攝氏度，而普遍的測量的方法是用直接接觸測溫法。直接測溫法是指采用各種型號(hào)與規(guī)格的熱電偶，用焊接與粘貼的方法，將熱電偶與被測物體接觸，然后將把熱電偶接到顯示器上組成測溫系統(tǒng)。同時(shí)為了減少誤差，要在測量端的地方應(yīng)加上足夠長的保溫材料保溫。測溫元件 熱電偶溫度計(jì)。它是一種感溫元件 , 把

7、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號(hào) , 通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度，結(jié)構(gòu)根據(jù)熱電偶的原理設(shè)計(jì)。其電動(dòng)勢的表示公式： A和B的順序代表電動(dòng)勢的方向； k玻爾茲曼常數(shù)； T接觸處的絕對溫度； e單位電荷量； 放大元件 采用如下儀表放大器，電路放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)，減少輸入噪聲的影響。放大電路圖如下：另有部分元件，單片機(jī)與顯示屏以及AD0804都是成型的模塊，再次就不必細(xì)說了，剩下就是編程，把傳感器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示了。在測量中得到是模擬信號(hào)，所以還需放大轉(zhuǎn)換整數(shù)字信號(hào)，在傳給單片機(jī)處理，最后給顯示屏。4、 結(jié)果與討論本實(shí)驗(yàn)的誤差主要出由于熱電偶的熱接點(diǎn)具有一定的熱容量,熱接點(diǎn)從介質(zhì)中吸收熱量后,加熱自身提高溫度到穩(wěn)定值需要一定的時(shí)間,在時(shí)間上總是要滯后于被測介質(zhì)溫度的變化,即測量的指示溫度總是滯后于被測介質(zhì)的實(shí)際溫度,引起溫度偏差,從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。另外，在高溫的情況下，測量線路也會(huì)存在能量消耗，所以需要一定的補(bǔ)償處理。本實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)現(xiàn)了測量電爐的溫度，但是誤差比較大