文档介绍：课程设计报告
学生姓名:
学号:
学院:
自动化工程学院
班级:
题目:
热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真
指导教师: 职称:
2012 年 12 月 15 日
目录
1 设计目的 1
2 设计要求 2
3 设计内容 3
总体设计 3
工作原理分析 3
器件选型说明 4
原理图设计 4
电路仿真 6
PCB电路设计 7
可靠性和抗干扰设计 7
4 设计心得和体会 8
【参考文献】 9
附录1:电路原理图 9
附录2:PCB图 9
附录3:PCB效果图 10
设计目的
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);
了解印刷电路板的设计和制作过程;
掌握电子元器件选型的基本原理和方法;
了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧;
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。
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℃、℃。设计传感器的信号调理电路,实现以下要求:
--5V直流电压信号;
对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据;
电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容;
电路的基本工作原理应有一定说明;
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(不限制EDA软件类型)。
设计内容
总体设计
本设计需要测量温度为100到300度,选用K型热电偶,在将测量所得电压进行放大处理。
K型热电偶作为一种温度传感器,K型热电偶通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以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。K型热电偶
K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。~。正极(KP)的名义化学成分为:Ni:Cr=92:12,负极(KN)的名义化学成分为:Ni:Si=99:3,其使用温度为-200~1300℃。K型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛.,-,我们用信号调理电路将其转换为0-5V直流电压信号
此信号调理电路由一个减法放大器和一个同相比例放大器组成, mV,-,再由比例放大器输出,就会得到0-5V直流电压信号.
工作原理分析
热电温度计是由热电偶、补偿导线及测量仪表构成的。其中热电偶是敏感元件, 它由两种不同的导体A 和B 连接在一起, 构成一个闭合回路, 当两个连接点1 与2 的温度不同时, 由于热电效应,回路中就会产生零点几到几十毫伏的热电动势, 记为EAB 。接点1 在测量时被置于测场所, 故称为测量端或工作端。接点2 则要求恒定在某一温度下,称为参考端或自由端, 如图1 所示。
 
图1 热电偶原理图
实验证明, 当电极材料选定后, 热电偶的热电动势仅与两个接点的温度有关, 即
d EAB ( t1 , t2 ) = SAb ×d t ,
比例系数SAB 称为热电动势率, 它是热电偶最重要的特征量。当两接点的温度分别为t1 , t2 时, 回路总的热电动势为
 
式中eAB ( t1 ) 、eAB ( t2 ) 分别为接点的分热电动势。
     对于已选定材料的热电偶, 当其自由端温度恒定时, eAB ( t2 ) 为常数, 这样回路总的热电动势仅为工作温度t1 的单值函数。所以, 通过测量热电动势的方法就可以测量工作点的实际温度
器件选型说明
表1所用元器件清淡表
器件类型
数量
单价
合计
K型热电偶
1
电阻
6
放大器
2
原理图设计
同相输入放大电路
如图2所示,信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端,输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端,构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有vN= vP= vS,i1= if
于是求得 所以该电路实现同相比例运算。
同相比例运算电路的特点如下
,输出电阻很低。