热电偶温度测量系统的设计

《热电偶温度测量系统的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第15章热电偶温度测量系统的设计15.1设计任务115.2电路原理与设计15.3LabVIEW虚拟仪器设计3215.1设计任务15.1设计任务本设计用K型热电偶设计量程范围为0～100℃的温度显示器，并在电路设计中加入冷端补偿器对冷端温度进行补偿，最后利用LabVIEW设计虚拟仪器显示测量温度值。通过本设计须掌握以下几点：1）了解K型热电偶测量温度的方法，和电桥补偿法。2）掌握利用热电偶的原理建立仿真模型。3）会使用LabVIEW进行编程。15.2电路原理与设计15.2.1传感器模型的建立◆热电偶是把温度转化为电势大小的热电式传感器。表15-1为K型

2、热电偶的分度表，这是在冷端温度为0℃时测定的数值。对大量数据进行分析，可得热电偶的数学模型如下：式中：tR表示测量温度；tAMR表示测温参考点。15.2电路原理与设计表15-1K型热电偶的分度表15.2电路原理与设计◆根据上式在Multisim中建立热电偶的仿真模型如图15-1所示。图15-1热电偶模型◆以上模型只是对热电偶性能的一个近似，是线性的，而实际热电偶的具有一定的非线性。（a）热电偶示意图（b）冷端温度为0℃时的模型（c）冷端温度为室温时的模型图15-2电桥补偿15.2.2温度补偿电路的设计◆若用热电偶测量温度时，热电偶的工作端（热端）被放

3、置在待测温场中，而自由端（冷端）通常被放在0℃的环境中。若冷端温度不是0℃，则会产生测量误差，此时要进行冷端补偿。◆本设计的冷端补偿采用电桥补偿，如图15-2所示。15.2电路原理与设计◆三极管基极与集电极相连，相当于一个负温度系数的PN结。三极管可选用9013，由于Multisim器件库中没有，选用三极管2N2222代替。◆电桥中R3的值应和R4的值相等，调节滑动变阻器使上面的左右两桥臂的总电阻值也相等，才能使电桥平衡。调整电桥上下两臂的电阻的比值，可调节输出电压的大小，即补偿电压的大小，合理选择这个比值，可使补偿电路的电压正好等于热电偶自由端温度

4、上升而降低的电压值，从而起到电压补偿的作用。图12-2（a）框图面板及函数模板15.2电路原理与设计15.2电路原理与设计◆注意：电桥调零时，应使三极管2N2222的参数测量温度为0摄氏度，即此时自由端温度为0摄氏度，不用进行温度补偿。◆补偿电路的输出端接HB/SC连接器，将该电路全部选中，鼠标右键点击该电路然后选择用子电路替换，将该子电路的名称设为K，子电路模块的两输出端分别为补偿电路的正负输出端。图12-2（b）前面板及控件模板15.2电路原理与设计15.2.3放大电路设计◆放大电路部分与13.2.3节的金属应变片放大电路相似，由仪用放大和比例放

5、大环节组成，如图15-3所示，其中RW1可调节仪用放大器的放大倍数，RW2用于电路调零。电路设计好后，要进行电桥、比例放大的调零和增益的调整。15.2电路原理与设计图15-3电路设计15.2电路原理与设计15.2.4直流稳压源设计◆电路中的供电电源都采用15V直流电源直接供电，实际应用中需要设计直流稳压电路来实现交-直流的转换，以及稳定供电电压。直流稳压电源电路如图15-4所示。图15-4直流稳压源电路15.2电路原理与设计图12-3修饰子模块15.2.5综合电路仿真◆综合电路如图15-3所示，下面我们主要来对各子电路模块进行仿真分析。1）热电偶及热

6、电偶补偿子电路分析◆在图15-2的电桥补偿电路中，对三极管2N2222进行温度参数扫描分析，扫描参数设为temp（温度），从0℃～3℃每隔1℃扫描一个值。输出电压值为三极管的集电极与发射极电压之差，扫描的分析是瞬态分析。分析的结果如图15-5所示，温度每增加1℃，三极管两端电压下降约2mV。15.2电路原理与设计图15-5PN结负温度特性15.2电路原理与设计◆补偿电桥电路应首先调零，调零的方法是首先双击三极管，打开如图15-6所示的属性设置对话框，单击“EditModel”按钮，可打开元件模型编辑窗口，如图15-7所示，将参数测量温度设为0℃，然后

7、调节滑动变阻器RW，使电桥两输出端12盒IO2之间的电压近似为0。当自由端温度（即环境温度）为25℃时，将模拟环境温度的V1的值设为25V，将三极管的参数测量温度设为25℃，然后对电路进行参数扫描分析，其设置如图15-8所示。图12-4图标编辑15.2电路原理与设计图15-6三极管2N2222属性设置对话框图15-7元件模型编辑窗口15.2电路原理与设计图12-7连接器和显示器件关联（a）分析参数设置（b）输出端设置图15-8参数扫描设置15.2电路原理与设计◆选择模拟温度变化的电压源作为扫描对象，在0V到100V的范围内，每隔10V扫描一次，设置扫

8、描直流工作点，输出变量选择子电路的两输出端之差，如图15-8（b）所示。扫描结果如图15-9所示，将该仿真数