1、傳感器課程設計 設計題目：熱電偶溫度傳感器 2010年12月30日目錄1、序言32、方案設計及論證43、設計圖紙94、設計心得和體會105、主要參考文獻11一、序言隨著信息時代的到來，傳感器技術已經成為國內外優先發展的科技領域之一。測控系統的設計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行采集，而且因信號性質的不同，還需要采用不同的測量電路對信號進行調理以滿足測量的要去。因此，觸感其與檢測技術在現代測量與控制系統中具有非常重要的地位。 而在所有的傳感器中，熱電偶具有構造簡單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機械沖擊能力強以及響應速度快等特點，常用于高溫區域、振

2、動沖擊大等惡劣環境以及適合于微小結構測溫場合。因此，我們想設計一種熱電偶傳感器能夠在低溫下使用，可以適用于試驗和科研中，測量為溫度范圍：-200 500 ，電路不太復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特性，我們采用了AD592對T型熱電偶進行冷結點的補償電路。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相比具有如下特點：a、優點·熱電偶可將溫度量轉換成

3、電量進行檢測，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，·結構簡單，制造容易，·價格便宜，·惰性小，·準確度高，·測溫范圍廣，·能適應各種測量對象的要求（特定部位或狹小場所），如點溫和面溫的測量，·適于遠距離測量和控制。b、缺點·測量準確度難以超過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，因受被測介質影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原）等而發生劣化。二、設計方案及論證1、熱電偶工作原理: 如果兩種不同成分的均質導體形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端子端叫

4、參比端，當兩端存在溫差時，就會在回路中產生電流，那么兩端之間就會存在Seebeck熱電勢，即塞貝克效應。熱電勢的大小只與熱電偶導體材質以及兩端溫差有關，與熱電偶導體的長度、直徑無關。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。 熱響應時間：    在溫度出現階躍變化時，熱電偶或熱電阻的輸出變化至相當于該階躍變化的50%所需要的時間，稱為熱響應時間。用t0.5表示。公稱壓力：     &#

7、160;  一般是指在工作溫度下，保護管所能承受的靜態外壓而不破裂。實際上，容許工作壓力不僅與保護管材料、直徑、壁厚有關，而且還與其結構、安裝方法、置入深度以及被測介質的流速和種類有關。 置入深度 熱電偶最小置入深度對陶瓷保護管而言，應不小于保護管直徑的1015倍；對金屬及合金保護管，應大于保護管直徑的1520倍。熱電偶的上限溫度絕緣電阻值應不小于下表規定：上限溫度tm ()試驗溫度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構圖示意：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償導線傳到補償器（由于熱電偶傳感器存在基準結點要求保持穩定，但對于工業方面作為基準結點使用時，基準結點的溫度保持恒定非常困難，這就需要補償器來保持節點穩定，這里我們采用的是AD592制作的補償器，在后面我們會具體介紹）中，補償器把測得的溫度信號轉化為電信號，電信號經過銅導線傳送到接收端。它可以直接與顯示儀表（如電子電位差計、數字表等）配套使用，也可以與溫度變送器配套，傳換為標準電流信號。4熱電偶結構這次我們決定使用鎧裝式熱電偶熱電偶測溫導

9、線 用外帶絕緣的熱電偶絲材焊接而成，是測溫產品里結構最為簡單的一種，響應速度極快。. 鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶的結構原理是：由熱電偶絲、高純氧化鎂和不銹鋼保護管經多次復合一體拉制而成,具有能彎曲、耐高壓、耐震動、熱響應時間快和堅固耐用等許多優點，可以直接測量各種生產過程中0800范圍內的液體、氣體介質以及固體表面的溫度。我們采用的是絕緣式選擇的依據：溫度補償方法：前面提到的AD592做冷端補償，詳見后面電路圖三、設計圖紙如圖，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，與此同時進行冷結點補償，再由運算放大器A1（OPAMP）將測量的信號進行放大

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為穩壓管，為 AD592提供10V的穩定工作電壓，RP1用于調節失調電壓。RP2用于增益調節，R4和C1構成截止頻率為1.6KHz的低通濾波器四、設計心得和體會1、本實驗對我們來說最大的難點是正確選擇做什么，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、網上查了很多的資料，當我們有了明確的思路時，三人分好工后，我們發現做起來其實真的不是太難。3、另外，這次課程設計給我最大收獲就是：要解決一個復雜、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，其實不是，是自己