热电偶传感器定稿

1、课 程 设 计 说 明 书 热 电 偶 温 度 传 感 器学院名称： 核工程与地球物理学院 专业班级： 测控技术与仪器 学生姓名：程琳 5 洪运6 万宇轩7 彭磊8指导教师姓名：谢军 2013年12月3日目录前言3第一章 基本原理41.1热电效应及其工作定律41.2 热电偶材料51.3 电路结构设计6第二章 测量数据与分析8第三章 热电偶温度传感器课程设计总结11第四章 致谢12参考文献13 前言传感器作为测控系统中对象信息的入口，它在现代化事业中的重要性已越益为人们所认识。随着“信息时代”的到来，国内外已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。传感器技术是以传感器为核心论述其内涵，外延的科学

2、；也是一门涉及测量技术，功能材料，微电子技术，精密与微细加工技术，信息处理技术和计算机技术等相互结合形成的密集型综合技术。 热电式传感器是利用转换元件电磁参量岁温度变化的特性，对温度和温度有关的参量进行检测的装置。其中将温度变化转化为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。这两种热电式传感器在工业生产和科学研究工作中已得到广泛使用，并有相应的定型仪表可供选用，以实现温度检测的显示和记录。 本次的课程设计是热电偶温度传感器，热电偶传感器是目前测温度中应用最广泛的热电式传感器，具有结构简单，制造方便，测温范围宽，热惯性小，准确度高，输出信号便于远传等优点。设计要求

3、：制作出热电偶传感器的信号处理电路，热电偶信号直流放大电路。将输出信号送入液晶显示器，是液晶显示器的温度为被测温度。第一章 基本原理1.1热电效应及其工作定律1.热点效应将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若节点（1）、（2）处于不同的温度时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。分析表明，热电效应产生的热电势有接触电势和温差电势两部分组成。 图（1-1）两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散，当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。EAB（T）=(kT/e)ln(NA/NB)(1-1)对于

4、单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，是单一金属两端产生不同的电位，形成电势，称为温差电势。其大小与金属材料的性质和两端的温差有关。E（T,T）=(1-2)2.工作定律端温（1）中间导体定律 导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持其两度相同，则对回路总热电势无影响。图（1-2）(2)式（1-3）为中间温度定律的数学表达式，即回路的总热电势等于EAB（T, Tn）与 EAB（Tn，T0）的代数和。Tn称为中间温度。 图（1-3）EAB（T,Tn,T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）.(1-3)1.2 热电偶材料1.标准化热电偶 指已经国家定型批生产

5、的热电偶。常用的材料如：铂铑-铂热偶丝，镍铁-镍铜热电偶丝，镍铬-镍硅热电偶丝，铜-康铜热电偶丝，镍铬-金铁低温热电偶丝等。2.非标准化热电偶 指特殊用途试生产的热电偶。如：钨铼系、铱铑系、镍铬-金铁、双铂钼等热电偶。3.热电偶的结构形式 图（2-1） 普通型热电偶1.3 电路结构设计1. 热电偶测温时，它可以直接与显示仪表（如电子电位差计、数字表等）配套使用，也可与温度变送器配套，转换成标准电流信号，图（3-1）为典型的热电偶测温线路。如用一台显示仪表显示多点温度时，可按图（3-1）连接，这样可节约1.热电偶测温时，它可以直接与显示仪表（如电子电位差计、数字表等）配套显示仪表和补偿导线。 图

6、（3-1）热电偶测温典型电路2.特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且参考端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度。在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联。利用热电偶并联可以测量平均温度。热电偶串、并联线路如图（3-2）所示 （a）热电偶串联电路 （b）热电偶反向串联电路 （c）热电偶并联电路 图（3-2）3.由于热电偶自身产生的电压很小，不利于普通电表的测量，所以要对其进行放大处理，根据各方面要求选用LF236N运放。图（3-3）即是该运放的结构图。图（3-3） 4.运放器在使用前必须进行调零，否则其放大倍数不再准确。运放的调零电路

7、如图（3-4） 图（3-4）5.根据多次实验测量分析可知将由热电偶获得的电压信号放大200倍最合适。 第二章 测量数据与分析1.下表4-1是由以上原理设计制作出的热电偶温度传感器测得的数据。测量的温度值输出值/mv热电偶电压值/mv22232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182 83 84 85 表4-12.表4-1中的数据经MATLAB软件处理得图（4-2）3.据以上数据及图形显示，可以判断是K型

8、热电偶温度传感器。K型热电偶和其它的工作原理相同，K型热电偶是以镍铬合金为正极，镍硅合金为负极的两导体的一端焊接而成的。这两根导体的焊接端称为K型的热电极，其焊接端为热端，非焊接端为冷端。在进行温度测量时，将插入被测的物体介质中，使其热端感受到被测介质的温度，其冷端置于恒定的温度下，并用连接导线连接电气测量仪表。由于两端所处的温度不同，在回路中就会产生热电势，在保持冷端温度不变的情况下，产生的热电势只随其热端温度而变化，因此，用电气测量仪表测得热电势的数值后，便可求出对应的温度数值。 K型热电偶是一种能测量较高温度的廉价热偶。由于这种合金具有较好的高温抗氧化性，可适用于氧化性或中性介质中。K型

9、热电偶测温范围可长期测量1000度的高温，短期可测到1200度。它不能用于还原性介质中，否则，很快腐蚀，在此情况下只能用于500度以下的测量。它比S型热偶要便宜很多，它的重复性很好，产生的热电势大，约为0.041mV/度，因而灵敏度很高，而且它的线性很好。虽然其测量精度略低，但完全能满足工业测温要求，所以它是工业上最常用的。 k型热电偶I级精度要求为正负0.4%t,II级精度要求为正负0.75%t，K型热电偶在火电厂里应用很多，表示热电极材料：镍铬 镍硅。第三章 热电偶温度传感器课程设计总结经过这十天传感器课程设计，我不仅加深了理论知识的理解，更提高了我将理论应用于实际中的能力。这几天的学习与

10、制作是我深切体会到了传感器在生活与生产中的作用地位随着“信息时代”的到来，国内外已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。传感器技术是以传感器为核心论述其内涵，外延的科学；也是一门涉及测量技术，功能材料，微电子技术，精密与微细加工技术，信息处理技术和计算机技术等相互结合形成的密集型综合技术。而热电偶是一种感温元件，是一次仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。我相信在未来的科技领域中传感器的应用显得尤为重要。第四章 致谢经过本课程设计，我学到了许多（不管是理论知识还是动手能力），也从中体验到很多乐趣。设计过程中虽然遇到了许多困难，也意识到自己知识上的缺陷，但都在老师和同学的帮助下顺利解决，因此，非常感谢他们一直以来的指导和帮助。首先感谢老师：在此，要对他的细心帮助和指导表示由衷的感谢。在这段时间里，我从他身上不仅学到了许多的专业知识，更感受到了他们工作中的兢兢业业，生活中的平易近人。此外，他严谨的治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。在我本次的课程设计中，他的指导给予了我极大的帮助，使我对整个课程设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我有了很大收获。并在整个开发过程中提出了许多建设性意见，并给我解