热电偶温度传感器设计报告

1、传感器课程设计设计题目：热电偶温度传感器2010年12月30日目录1、序言 32、方案设计及论证3、设计图纸 94、设计心得和体会 105、主要参考文献 11一、序言随着信息时代的到来，传感器技术已经成为国内外优先发展的科技领域之一。测控系统的设计通常是从对象信息的有效获取开始的不同种 类的物理量不仅需要不同种类的传感器进行采集， 而且因信号性质的 不同，还需要采用不同的测量电路对信号进行调理以满足测量的要 去。因此，触感其与检测技术在现代测量与控制系统中具有非常重要 的地位。而在所有的传感器中，热电偶具有构造简单、适用温度范围广、 使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于

2、 高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合。 因此，我们想设计一种热电偶传感器能够在低温下使用，可以适用于试验和科研中，测量为温度范围：-200 C 500 C,电路不太复杂 的简易的热电偶温度传感器，考虑到制作材料相对便宜，我们选择了 铜-铜镍（康铜）。在选择测量电路时，我们从简单，符合测量范围要 求及热电偶的技术特性，我们采用了 AD592对T型热电偶进行冷结点 的补偿电路。这种型号的电路允许的误差（0.5 C或0.004x|t|）相对于其他类型的热电偶具有测量温度精度高，稳定好，低温时灵敏度高，价格低廉。能较好的满足测量范围。热电偶同其它种温度计相比具有如下特点：a、优点

3、热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制， 以及对温度信号的放大、变换等都很方便，结构简单，制造容易，价格便宜，惰性小，准确度高，测温范围广，能适应各种测量对象的要求（特定部位或狭小场所），如点温和面 温的测量，适于远距离测量和控制。b、缺点测量准确度难以超过0.2 C,必须有参考端，并且温度要保持恒定。在高温或长期使用时，因受被测介质影响或气氛腐蚀作用（如氧化、 还原）等而发生劣化。二、设计方案及论证1、热电偶工作原理：如果两种不同成分的均质导体形成回路， 直接测温端叫测量端， 接线端子端叫参比端，当两端存在温差时，就会在回路中产生电流， 那么两端之间就会存在Seebeck热

4、电势，即塞贝克效应。热电势的大 小只与热电偶导体材质以及两端温差有关， 与热电偶导体的长度、直 径无关。温度测量范围和允许误差允差热电偶名称型号 分度号 允差等级测量范围（C）（参考端为0C）铂铑30-铂铑6WRB(WRR)B2级6001700士 0.0025 1 t 13级600800士 4C8001700士 0.005 1 t 1铂铑10-铂WRS(WRP)S2级0 600士 1.5 °C6001600士 0.0025 1 t 1铂铑13-铂WRRR2级0 600士 1.5 C(WRQ)6001600士 0.0025 1 t 1镍铬-镍硅WRK(WRN)K2级-40 333士 2

5、.5 C3331200士 0.0075 1 t 1镍铬-铜镍WREE2级-40 333士 2.5 C333900士 0.0075 1 t 1铜-铜镍WRT(WRC)T2级-40 133士 1C133350士 0.0075 1 t 1铁-铜镍WRJ(WRF)J2级-40 +333士 2.5 C333750士 0.0075 1 t 1镍铬硅-镍硅镁WRN(WRM)N2级-40 333士 2.5 C3331200士 0.0075 1 t 1钨铼3-钨铼25WRW3WRe3- WRe25(W3、D)2002000士 1.0% 1 t 1钨铼5-钨铼26WRW5WRe5- WRe25(W5、C)2002

6、000士 1.0% 1 t 1铂热电阻WZPPt100A-200 420士 (0.15+0.002 1 t 1 )B士 (0.30+0.005 1 t 1 )铜热电阻WZCCu50-50 150士 (0.30+0.006 1 t 1 )由上个表格，我们拟定使用T型热响应时间：在温度出现阶跃变化时，热电偶或热电阻的输出变化至相当于该阶跃变化的50渐需要的时间，称为热响应时间。用t0.5表示。公称压力：一般是指在工作温度下，保护管所能承受的静态外压而不破裂。实际上，容许工作压力不仅与保护管材料、直径、壁厚有关，而且还与其结构、安装方法、置入深度以及被测介质的流速和种类有关。置入深度 热电偶最小置入

7、深度对陶瓷保护管而言，应不小于保护管直径的1015倍;对金属及合金保护管，应大于保护管直径的1520倍。热电偶的上限温度绝缘电阻值应不小于下表规定:上限温度tm ( C)试验温度t ( °C)电阻值MQ100< tmv 300t= tm10300< tmv 500t= tm2500< tmv 850t= tm0.5850< tmv 1000t= tm0.081000< tmv 1300t= tm0.02tm> 1300t= 13000.022、热电偶温度温度传感器结构图示意3热电偶温度传感器工作原理如上图，T型热电偶传感器在测量温度时，尖端（测量端

8、）的敏感元 件把测量对象的温度通过补偿导线传到补偿器 （由于热电偶传感器存 在基准结点要求保持稳定，但对于工业方面作为基准结点使用时， 基 准结点的温度保持恒定非常困难，这就需要补偿器来保持节点稳定， 这里我们采用的是AD592制作的补偿器，在后面我们会具体介绍）中, 补偿器把测得的温度信号转化为电信号，电信号经过铜导线传送到接 收端。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，也可以与温度变送器配套，传换为标准电流信号。4热电偶结构这次我们决定使用铠装式热电偶热电偶测温导线用外带绝缘的热电偶丝材焊接而成，是测温产品里结构最为简单 的一种，响应速度极快。井度号M返埠11JLKr

9、議四氟外包皿,说0200金 厲鬧外包0托Q-JUOT就四埶外&0 32識四柢外包0 2-200-2001蛍1超嶽四蠶:外包u. LE金騙网夕卜包0. 60-100JMH铠装热电偶铠装热电偶的结构原理是：由热电偶丝、高纯氧化镁和不锈钢保护 管经多次复合一体拉制而成，具有能弯曲、耐高压、耐震动、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，可以直接测量各种生产过程中0800 C范围内的液体、气体介质以及固体表面的温度。我们采用的是绝缘式选择的依据:楚裝鶴电鼻三种攜箱梅的比鞍将性詞玮式测端聲在外而、测泯聘应 璟快,仅在干燦的非窩烛M中颐 不能在厢空吒或淒悴中楼用西；-；卫；：m1. 1i. L.-.1

10、./ f- ; i ：；“；汨昼篩封闭右内斛，仝唯低冒套晋之闻胡豆经绻"不期啞卄界罟牛于就"星蛊常舟的一冃站构形式馆鑒鶴电價热血时何f琴值）敢吋应肥闷r . . s艶缘式.0<0. 10.12.00.30.40. 53 00 40.61.24,00. &0.82.S5.00. 71.21. 06.00. &£。6.0a. 01. 04. 08. 0温度补偿方法：前面提到的AD592做冷端补偿，详见后面电路图三、设计图纸三、设计图纸热电偶*如图，在T型热电偶传感器的电路图中，电路采用电流输出型温敏传 感器AD592测量T型热电偶测试端的温度，与

11、此同时进行冷结点补偿， 再由运算放大器A1 (OPAMP将测量的信号进行放大，输出电压 U。 灵敏度为10mV/C，即输出电压与被测温度成比例。REF01为稳压管，为AD592提供10V的稳定工作电压，RP1用于调节失调电压。 RP2用于增益调节，R4和C1构成截止频率为1.6KHZ的低通滤波器四、设计心得和体会1、本实验对我们来说最大的难点是正确选择做什么，这大概占了我 们所有时间的一半。我们在决定做什么时，确实做了很大的弯路。由 不知道做什么，到选择了做什么，但做到一段时间做不下去，不得不 选择重新选题，从零开始做。另外就是解决如何用CAD软件画自己想 要画的图，及用Protel软件画我们的EDA电路图。在这个过程中, 我们有很多的沮丧和放弃的念头。2、为了获得思路，正确可行的传感器类型，我们上图书馆、网上查 了很多的资料，当我们有了明确的思路时，三人分好工后，我们发现 做起来其实真的不是太难。3、另外，这次课程设计给我最大收获就是：要解决一个复杂、自己 想不通的问题时，查找资料很重要，尤其是去图书馆。以前很少去图 书馆，以为图