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熱電偶的應用
閱讀：982 發布時間：2010-10-13
| 一、熱電偶傳感器測溫系統的設計應用 下面介紹一個典型的單片機控制的測溫系統，它由三大部分組成：（1）測量放大電路；（2）A/D轉換電路；（3）顯示電路。它廣泛應用于發電廠、化工廠的測溫及溫度控制系統中。 1、硬件設計 （1） 熱電偶溫度傳感器 本系統使用鎳鉻—鎳硅熱電偶，被測溫度范圍為0～655℃，冷端補償采用補償電橋法，采用不平衡電橋產生的電勢來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。不平衡電橋由電阻R1、R2、R3（錳銅絲繞制）、Rcu（銅絲繞制）四橋臂和橋路穩壓源組成，串聯在熱電偶回路中。Rcu與熱電偶冷端同處于±0℃,而R1=R2=R3=1Ω，橋路電源電壓為4V，由穩壓電源供電，Rs為限流電阻，其阻值因熱電偶不同而不同，電橋通常取在20℃時平衡，這時電橋的四個橋臂電阻R1=R2=R3=Rcu，a、b端無輸出。當 冷端溫度偏離20℃時，例如升高時，Rcu增大，而熱電偶的熱電勢卻隨著冷端溫度的升高而減小。Uab與熱電勢減小量相等，Uab與熱電勢迭加后輸出電勢則保持不變，從而達到了冷端補償的自動完成。 （2） 測量放大電路 實際電路中，從熱電偶輸出的信號zui多不過幾十毫伏（<30mV），且其中包含工頻、靜電和磁偶合等共模干擾，對這種電路放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗，因此宜采用測量放大電路。測量放大器又稱數據放大器、儀表放大器和橋路放大器，它的輸入阻抗高，易于與各種信號源匹配，而它的輸入失調電壓和輸入失調電流及輸入偏置電流小，并且溫漂較小。由于時間溫漂小，因而測量放大器的穩定性好。由三運放組成測量放大器，差動輸入端R1和R2分別接到A1和A2的同相端。輸入阻抗很高，采用對稱電路結構，而且被測信號直接加到輸入端，從而保證了較強的抑制共模信號的能力。A3實際上是一差動跟隨器，其增益近似為1。測量放大器的放大倍數為：AV=V0/（V2-V1），AV=Rf/R（1+（Rf1+Rf2）/RW）。在此電路中，只要運放A1和A2性能對稱（主要指輸入阻抗和電壓增益），其漂移將大大減小，具有高輸入阻抗和共模抑制比，對微小的差模電壓很敏感，適宜于測量遠距離傳輸過來的信號，因而十分易于與微小輸出的傳感器配合使用。RW是用來調整放大倍數的外接電阻，在此用多圈電位器。 實際電路中A1、A2采用低漂移高精度運放OP-07芯片，其輸入失調電壓溫漂αVIOS和輸入失調電流溫漂αIIOS都很小，OP-07采用超高工藝和“齊納微調”技術，使其VIOS、IIOS、αVIOS和αIIOS都很小，廣泛應用于穩定積分、精密加法、比校檢波和微弱信號的精密放大等。OP-07要求雙電源供電，使用溫度范圍0～70℃，一般不需調零，如果需要調零可采用RW進行調整。A3采用741芯片，它要求雙電源供電，供電范圍為±（3～18）V，典型供電為±15V，一般應大于或等于±5V，其內部含有補償電容，不需外接補償電容。 （3） A/D（模數）轉換電路 經過測量放大器放大后的電壓信號，其電壓范圍為0～5V，此信號為模擬信號，計算機無法接受，故必須進行A/D轉換。實際電路中，選用ICL7109芯片。ICL7109是一種高精度、低噪聲、低漂移、價格低廉的雙積分型12位A/D轉換器。由于目前12位逐次逼近式A/D轉換器價格較高，因此在要求速度不太高的場合，如用于稱重測壓力、測溫度等各種傳感器信號的高精度測量系統中時，可采用廉價的雙積分式12位A/D轉換器ICL7109。ICL7109主要有如下特性：（1）高精度（到1/212=1/4096）；（2）低噪聲（典型值為15μVP-P）；（3）低漂移（<1μV/℃）；（4）高輸入阻抗（典型值1012Ω）；（5）低功耗（<20mW）；（6）轉換速度zui快達30次/秒，當采用3.58MHz晶振作振源時，速度為7.5次/秒；（7）片內帶有振蕩器，外部可接晶振或RC電路以組成不同頻率的時鐘電路；（8）12位二進制輸出，同時還有一位極性位和一位溢出位輸出；（9）輸出與TTL兼容，以字節方式（分高低字節）三態輸出，并且具有VART掛鉤方式，可以用簡單的并行或串行口接到微處理系統；（10）可用RVNHOLD（運行/保持）和STATUS（狀態）信號監視和控制轉換定時；（11）所有輸入端都有抗靜電保護電路。 | |
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