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工业用端面热电偶传感器中测温系统的设计要求 日期:2019-10-15 作者:翊成网络z 点击:

一、热电偶传感器中测温系统的设计应用

  下面介绍一个典型的端面热电偶单片机控制的测温系统,它由三大部分组成:(1)测量放大电路;(2)A/D转换电路;(3)显示电路。它广泛应用于发电厂、化工厂的测温及温度控制系统中。


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1、硬件设计

(1) 热电偶温度传感器

  本系统使用镍铬—镍硅热电偶,被测温度范围为0~655℃,冷端补偿采用补偿电桥法,采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。不平衡电桥由电阻R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、Rcu(铜丝绕制)四桥臂和桥路稳压源组成,串联在热电偶回路中。Rcu与热电偶冷端同处于±0℃,而R1=R2=R3=1Ω,桥路电源电压为4V,由稳压电源供电,Rs为限流电阻,其阻值因热电偶不同而不同,电桥通常取在20℃时平衡,这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=Rcu,a、b端无输出。当冷端温度偏离20℃时,例如升高时,Rcu增大,而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而减小。Uab与热电势减小量相等,Uab与热电势迭加后输出电势则保持不变,从而达到了冷端补偿的自动完成。


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(2) 测量放大电路

  实际电路中,铠装热电偶输出的信号多不过几十毫伏(<30mV),且其中包含工频、静电和磁偶合等共模干扰,对这种电路放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗,因此宜采用测量放大电路。测量放大器又称数据放大器、仪表放大器和桥路放大器,它的输入阻抗高,易于与各种信号源匹配,而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小,并且温漂较小。由于时间温漂小,因而测量放大器的稳定性好。


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  由三运放组成测量放大器,差动输入端R1和R2分别接到A1和A2的同相端。输入阻抗很高,采用对称电路结构,而且被测信号直接加到输入端,从而保证了较强的抑制共模信号的能力。A3实际上是一差动跟随器,其增益近似为1。测量放大器的放大倍数为:AV=V0/(V2-V1),AV=Rf/R(1+(Rf1+Rf2)/RW)。在此电路中,只要运放A1和A2性能对称(主要指输入阻抗和电压增益),其漂移将大大减小,具有高输入阻抗和共模抑制比,对微小的差模电压很敏感,适宜于测量远距离传输过来的信号,因而十分易于与微小输出的传感器配合使用。RW是用来调整放大倍数的外接电阻,在此用多圈电位器。