传感技术课程设计.doc

传感技术课程设计目录1.实习任务31.1设计电路并掌握热电偶传感器的使用31.2学习电路板的制作及元件选用规则31.3 学习传感器的应用32.工作原理32.1传感器工作原理32.2电路的工作原理33.实习内容33.1电路图33.2器件选择53.3参数计算53.3.1桥路补偿电路参数53.3.2运算放大器的放大倍数63.4测量数据74.心得体会7热电偶传感器实习报告1. 实习任务1.1设计电路并掌握热电偶传感器的使用1.2学习电路板的制作及元件选用规则1.3学习传感器的应用2. 工作原理2.1 传感器工作原理热电偶工作原理就是将两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端)，另一端叫做冷端(也称为补偿端)；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。2.2 电路的工作原理将两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表： 分度表是自由端温度在0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表， 测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。3. 实习内容3.1 电路图此次设计的热电偶测温系统电路由测温电路、电压放大电路、桥路补偿电路组成。利用电桥电路进行冷端补偿，使得整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值（如图3-3）。将初级处理好的信号送入运算放大器（如图3-2），通过运算放大器对输入信号进行模拟放大，再用电压表测量输出电压值。输出电路电压放大（芯片LM358）热电偶（电桥冷端补偿法）图3-1 系统框图图3-2 芯片LM358图3-3 电路原理图3.2 器件选择表3-1芯片LM3581个10欧姆电阻1个10K欧姆电阻1个5V双电源1个补偿桥路1个2K电位器1个电路板1个K型热电偶1个 4个75K的电阻构成补偿桥路，作为温度补偿，补偿室温，使得在室温下有一定的输出，消除室温对测量结果的影响。 电位器是用来补偿热电偶的零漂，和对电桥进行调零。 10K的电阻是用来作为运放的输入电阻，整个系统的最大放大倍数为1000倍。 芯片LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。 选用K型（镍铬-镍硅）热电偶，可测量01300的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，并具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点。3.3 参数计算3.3.1 桥路补偿电路参数（如图3-4）：图3-4 桥路补偿电路 （式3-1） （式3-2）3.3.2 运算放大器的放大倍数（如图3-5）：图3-5 运算放大器电路 （式3-3）3.4 测量数据 由式3-3计算运放的放大倍数得：A1000表3-2 测量数据温度/304560放大器输入/mV0.71.152.6放大器输出/V0.581.052.3放大倍数828.6913.0884.6Error! No bookmark name given.4. 心得体会 这次实习我们组分到热电偶测温的课题设计，我主要负责查找相关资料、设计电路原理图和参数的计算。 通过查找资料，我很快搞懂了热电偶工作的原理并设计好整个电路的框架，画电路原理图的时候，大到热电偶与桥路补偿电路、运算放大器的连接，小到补偿电路中热敏电阻的替换和影响运放放大倍数的电阻值的选择，都需要耐心的设计和计算，当出现搞不定的问题时，我会和其他组员研究讨论，只有查缺补漏才能准确无误的完成电路设计，才能为接下来的焊电路板打下基础。我发现完成一项课题设计并不容易，每个人的分工都会影响到其他组员接下来的工作进行。我还协助组员进行电路板的焊接，当真正要制作电路板时，具体到每个模块选用哪种电路、元器件的选择、参数的确定、电流和电压的匹配、理论与实际电路的差别又会有许多新问题产生，使我意识到理论和实际的差距。比如最开始运放的放大倍数变成零点几，几次检查电路后发现是10K和10欧的电阻接反了。测量标定时，电压值却不随热电偶温度的变化而变化，其他相同组也出现这个问题，经过大家研究讨论及咨询老师，得知芯片LM358是双电源供电的器件，所以我们将原先的单电