热电偶温度传感器信的号调理电路设计与仿真.doc

目 录 第1章 绪 论 1 1.1 课题背景与意义 1 1.2 设计目的与要求 1 1.2.1 设计目的 1 1.2.2 设计要求 1 第2章 设计原理与内容 2 2.1 热电偶的种类及工作原理.............................................................................3 2.1.1 热电偶的种类....................................................................................3 2.1.2 工作原理分析....................................................................................4 2.2 设计内容 4 2.2.1 总体设计 4 2.2.2 原理图设计 5 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 7 第3章 器件选型与电路仿真 8 3.1 器件选型说明 8 3.2 电路仿真 8 第4章 设计心得与体会 9 参考文献 10 附录1：电路原理图 11 附录2：PCB图 11 附录3：PCB效果图 11 第1章 绪 论 1.1 课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、 同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求 选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求： （1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号； （2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； （3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； （4）电路的基本工作原理应有一定说明； （5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性 第2章 设计原理与内容 2.1 热电偶的种类及工作原理 2.1.1 热电偶种类 1、K型热电偶镍铬Ｋ型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量0～1300℃的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，其热电势与温度的关系近似线性，是目前用量最大的热电偶。然而，它不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用；当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。Ｋ型热电偶缺点：1)热电势的高温稳定性较Ｎ型热电偶及贵重金属热电偶差，在较高温度下例如超过1000℃往往因氧化而损坏；2)在250～500℃范围内短期热循环稳定性不好，即在同一温度点，在升温降温过程中，其热电势示值不一样，其差值可达2～3℃；3)其负极在150～200℃范围内要发生磁性转变，致使在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表，尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰；长期处于高通量中系统辐照环境下，由于负极中的锰Ｍn、钴等元素发生蜕变，使其稳定性欠佳，致使热电势发生较大变化。 2、S型热电偶该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂其特点是)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃超达1400℃时，即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶，使晶粒粗大而断裂；精度高，在所有热电偶中准确度等级最高，通常用作标准或测量较高温度；使用范围较广，均匀性及互换性好；主要缺点有：微分热电势较小，因而灵敏度较低；价格较贵，机械强度低，不适宜在原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。 3、E型热电偶镍铬－铜镍[康铜]热电偶Ｅ型热电偶为一种较新产品，正