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创新设计与实践 课程设计 题 目: 设计K型热电偶测温电路 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 摘 要：K型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。 图1.1冷端采集和补偿电路 1.1.1 AD590介绍 AD590是美国模拟器件公司生产的恒流源式模拟集成温度传感器，它兼有集成恒流源和温度传感器的特点，具有测量温度误差小，动态阻抗高，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等优点，适合远距离测温，控温，不需要线性校准的特点。 其性能特点：AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。其内部电路见图3.1所示。 芯片中的R1和R2是采用激光 修正的校准电阻，它能使+25℃下的输出电流恰好微298.2uA。首先有晶体管VT8和VT11产生与热力学温度成正比的电压信号。，在通过R5,R6把电压信号转换微电流信号，为保证有良好的温度特性，R5,R6的电阻温度系数应非常小，这里采用激光修正的SiCr薄模电阻，其电阻温度系数低，VT10的集电极电流能够跟随VT9和VT11的集电极电流的变化，使总电流达到额定值。R5和R6也需要在25℃的标准温度下校准。? AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗10M，能大大减小因电源电压波动而产生的测量误差，例如，当电源电压从5V变化到10V时，所引起的电流最大变化量仅为1uA，等价于1℃的测温误差。 AD590的工作电压为+4～30V，测温范围是-55～+150℃，对应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1uA.其输出电流Io（uA）与热力学温度T（K）严格成正比。电流温度系数K1的表达式为： K1=㏑8 （3.2） 图1.1 AD590内部电路 因此，输出电流的微安数就代表着被测量温度的热力学温度值。热力学温标（K）与摄氏温标（℃）的换算关系如式3所示： T(℃)=T(K)-273.15 （3.3） 1.1.2冷端采集和补偿电路分析 AD590只需单电源工作，抗干扰能力强，要求的功率很低。输出电流值绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1μA输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA。1、AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。 ? 2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V3、接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。注意事项：??? 1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K×298μA=2.98V??? 2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 ??? 图1.2 热端放大调理电路 热电偶的热端放大电路如图1.2所示。热电偶的热端接入到INP口，然后进行一系列的调试放大。 本系统应用K型热电偶，导热系数测定过程中通常温度范围小于100℃，为保证测量精度，热电偶线性化软件我们每隔5℃分一段，并且精确到小数点后两位。硬件调理电路截取K型热电偶100℃的热电势4.095mv作为输入满量程，放大到5V，提供给AD转换器，要求调理电路放大倍数达1200多倍，为此我们选取高精度运算放大器MC33078，构成两级运算放大器，每级放大倍数小于40倍，。MC33078除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，利用动态校零技术消除了CMOS器件固有的失调和漂移，所以常