热电偶温度传感器设计报告

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 (3)

2、方案设计及论证 (4)

3、设计图纸 (9)

4、设计心得和体会 (10)

5、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 ℃ ~500 ℃，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 ℃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

·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℃，

·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

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%所需要的时间，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

●热电偶最小置入深度

对陶瓷保护管而言，应不小于保护管直径的10～15倍；对金属及合金保护管，应大于保护管直径的15～20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 (℃)试验温度t (℃)电阻值MΩ100≤tm＜300t= tm10

300≤tm＜500t= tm2

500≤tm＜850t= tm0.5

850≤tm＜1000t= tm0.08

1000≤tm＜1300t= tm0.02 tm≥1300t= 13000.02

2、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）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。

. 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0～800℃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：

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

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/ ℃，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，以为图书馆没什么值得看的书，其实不是，是自己没有方向，没定下来要看什么书，要解决什么问题。当你明确了要干嘛时，图书馆确实能让不自己获得很多知识