自动检测技术设计

目录

1.设计要求第页1.1设计目的第页1.2设计内容第页

1.3系统要求第页

2.系统概述第页

3.系统设计第页

4.心得体会第页

5.参考文献第页

6.教师评语第页

1.设计要求

1.1设计目的

“自动检测技术”是电气类专业学生的必修骨干专业课程，涉及传感器技术、检测方法、误差理论、抗干扰技术等。其课程设计旨在提高学生在仪表检测领域内的理论认识和实践动手能力，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。巩固和加深对各种常用参数的检测的认识，培养学生的创新能力，经过收集资料，初步方案设计，系统组建，撰写设计报告的过程，使学生得到一次科学研究工作的初步训练，提高学生的科研综合素质。为后续课程的学习、毕业设计乃至毕业后的工作打下一个良好的基础。

1.2设计内容

查阅有关温度检测文献，确定此温度采集通道的总体设计方案，并分析其可行性。设计方案要求包含传感器接线电路、量程调整电路、调零电路、线性化电路及转化放入电路；另外对于一个完善的

温度采集系统还应包含模数转换器、MCU微处理器及人机交互通道实现智能采集。其次根据确定的设计方案进行各个模块的硬件设计，要求传感器选择合适的热电阻进行设计。

1.3系统要求

传感器采用热电偶，温度测量范围0～200℃；检测通道为一路；温度采集通道输出为1～5V；温度采集通道的输入输出特性要求为线性的；此温度采集通道的精度为1℃。

2.系统概述

本系统由传感器、补偿电路、量程调整电路、调零电路、线性化电路及转化放大电路、A/D转换器、显示器等组成。

被测参数经过传感器采集进入信号调理电路，在信号调理电路中经过信号放大、量程调整、补偿及线性化等环节后输出经A/D转换器变为数字信号经显示部分显示输出。

3.系统设计

本系统由传感器、补偿电路、量程调整电路、调零电路、线性化电路及转化放大电路、A/D转换器、显示器等组成。

原理方框图如下：

系统设计；

1.传感器

温度采集传感器采用k型热电偶测温范围为-270℃～1372℃满足要求0℃～200℃允许偏差-2.5 ～+2.5，200℃时精度为1.5℃满足采集精度为1℃。K型热电偶最大非线性误差在0～200℃时为1%稳定性较好满足设计条件。

2.补偿电路

R1、R2、R3由电阻温度系数极小的锰铜丝制成，阻值为定值，当冷端温度Tn变化时补偿电桥中的Rt随Tn变化，补偿电桥输出一个不平衡电压Uab 与热电偶输出的Eab(T，Ta)叠加成Uo输入到电路中。即Uo=Eab(T,Tn)+Uab适当选择桥臂电阻和桥臂电流，使补偿电桥满足当Tn=To时Uab=0，当

Tn≠To时Uab≈Eab(Tn,To) 这样无论Tn=0还是T ≠0都使Uo=Eab(T,Tn)+Uab，Eab(T,Ta)+Eab(Tn,To)，Eab(T,To)即Uo与Tn无关。

3.量程单元

量程单元包括量程调整和零点调整/迁移电路。

量程调整的目地是使变送器输出信号的上限ymax与测量范围的上限值xmax相对应。当满足深度负反馈的条件，即KF>>1时y=K(Cx+z)/(1+KF)变为y=(Cx+z)/F，由此可知通过改变反馈系数F和转换系数C即可调整量程。

调零电路的目的是使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应。在xmin=0时，为零点调整；在xmin≠0，为零点迁移。由于本设计不需零点迁移，即只需零点调整即可当输出信号为1V时温度为0℃由y=(Cx+z)/F 可知需改变z来实现零点调整

4.线性化电路

线性化电路线性化电路的作用是使热电偶温度变

送器的输出信号（U。、I。）与被测信号t之间呈线性关系。热电偶输出的热电势与所对应的温度之间是非线性的，K型热电偶的特性曲线，开始时呈下凹形，温度升高后又变为上凹形。在测量范围为0～1000时的最大非线性误差约为1%。因此为保证输出信号与被测温度之间呈线性关系，必须采取线性化。

用折线法来近似表现热电偶的特性曲线。一般情况下，用4～6段折线近似表示热电偶的特性曲线，其误差小于0.2%。

IC2、R120～R122、R115、Ro、Ra组成了运算电路的基本路线，该路线决定第一段直线的斜率γ1。当后一段直线的斜率大于前一段时，则在R120上并联一个电阻R119。反之，则在Ra上并联一个电阻R116。求第一段斜率时VZ103～VZ106均未导通，当IC2为理想运算放大器时，则可列出下列关系式：

求解得

第一段直线的斜率是由电阻R115、R120～R122、Ro和Ra确定的。γ1可通过改变R120的阻值来调整。下段直线可选适当的R119来满足斜率按照同样的方法，可求取其他段的斜率，并根据所要求的斜率选配相应的并联电阻的阻值，以使非线性运算电路的输出特性与热电偶的特性一致，从而达到线性化的目的

5.转化放大电路

电压放大电路作用是将来自测温部分的电压放大，电压放大电路由运算放大器IC1构成，为减小温漂引起的误差，采用低漂移型高增益运算放大器。

放大器增益为：

模数转换器

由于系统为数字式测温系统，所以输出的模拟信号需进行A/D转换将信号转换为数字信号，以便得到数码显示。本设计采用ADS1110，它是一种精密的模数转换器具有差分输入和16位的分辨率，工作电压较低。其电路图连接为：

4.心得体会

通过本次课程设计,我进一步复习了所学过的现代检测技术及仪表知识，基本运用了所学过的知识。同时我也复习了与现代检测课程相关的数电、模电、控制仪表等课程，把所学过的各种知识综合起来，一同运用到本次课程设计当中。对我所学的知识起到了巩固作用，培养了自己的动手能力与创新能力，提高了自己独立思考问题的能力。在本次课程设计中，我查阅了有关温度的文献，对热电偶进行了初步了解。提高了对现代检测技术及仪表的兴趣.

5.参考文献

孙传友,等.现代检测技术及仪表[M].北京:高等教育出版社,2006.

吴勤勤.控制仪表及装置[M].北京:化学工业出版社,2007.

康华光,等.电子技术基础数电部分[M]. 北京:高等教育出版社,2006.