傳感器課程設(shè)計(jì)--基于熱敏電阻的溫度測(cè)量

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一.引言2</b></p><p>　　二. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求2</p><p>　　2.2 電路組成

2、3</p><p><b>　　三. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　四. 元器清單9</b></p><p>　　五. 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果9</p>

3、<p>　　六．測(cè)量結(jié)果分析10</p><p><b>　　七.總結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　基于熱敏電阻的溫度測(cè)量</p><p>　　——利用集成溫度傳感器AD590設(shè)溫度檢測(cè)報(bào)警電路</p><p

4、><b>　　一引言</b></p><p>　　物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。某些金屬如銅，鉑以及半導(dǎo)體材料的電阻都具有隨溫度而改變的現(xiàn)象。在一定的溫度范圍內(nèi)，可以根據(jù)其電阻值隨溫度而變化的特性，制作溫度計(jì)，這種熱傳感測(cè)量的方法已在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)，自動(dòng)化控制，通信，家電等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在大學(xué)傳感器實(shí)踐教學(xué)中，為了

5、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)造能力，實(shí)驗(yàn)室可配備一些相關(guān)設(shè)備和元器件，開(kāi)設(shè)一些與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如熱敏電阻溫度特性的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而拓展設(shè)計(jì)制作。</p><p>　　二. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</p><p><b>　　內(nèi)容：</b></p><p>　　（1） 根據(jù)AD

6、590工作原理，設(shè)計(jì)一種溫度測(cè)量裝置。</p><p>　?。?）被測(cè)溫度在室溫25℃——100℃；</p><p>　?。?）要求測(cè)量誤差<1%。 </p><p>　?。?）測(cè)量電路應(yīng)包括溫度測(cè)量電路，電壓放大電路和報(bào)警電路。</p><p><b>　　要

7、求：</b></p><p>　?。?）完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。</p><p>　?。?）寫出溫度傳感器的制作方法（包括設(shè)計(jì)過(guò)程以及所設(shè)計(jì)電路的電路圖）和實(shí)驗(yàn)心得。</p><p><b>　　2.2 電路組成</b></p><p>　　參考電路如圖所示： </p><p&g

8、t;　　電路由三部分構(gòu)成：1.溫度測(cè)量電路 2.電壓放大電路 3.報(bào)警電路。</p><p><b>　　溫度測(cè)量電路 。</b></p><p>　　電路部分由AD590以及電阻R1,R2組成。其中最核心的原件是集成溫度傳感器AD590。</p><p>　　AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：<

9、/p><p>　　流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度度數(shù)，</p><p><b>　　即： mA/K </b></p><p>　　式中： —流過(guò)器件（AD590）的電流，單位為mA； T—熱力學(xué)溫度，單位為K。 2、AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃。 3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~

10、6V范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 4、輸出電阻為710MW。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。</p><p>　　（2）AD590的應(yīng)用電路</p><p>　　如下圖所示（a）是AD590

11、的封裝形式，圖（b）是AD590用于測(cè)量溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò)AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1K歐時(shí)，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mv/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使V0=273.2mv?；蛟谑覝貤l件下（25℃）條件下調(diào)整電位器，使V0=273.2+25=298.2（mv）.這樣的調(diào)整會(huì)在0

12、℃或25℃附近有比較高的精度。其輸出電壓V0隨溫度的變化在室溫到100℃內(nèi)，其線性仍非常好。在實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槲覀儗?duì)溫度精度要求并不高，故可以近視認(rèn)為其在所測(cè)溫度范圍內(nèi)都為線性。</p><p>　　(a)圖2封裝形式（b）圖3應(yīng)用電路</p><p><b>　　（二）電壓放大電路</b></p><p>　　由上可知，外界環(huán)境溫度變化1K時(shí)，A

13、D590輸出變化1mv，由于電壓變化較小，只有1mv/K，故為使得溫度變化效應(yīng)容易測(cè)得，我們需要對(duì)反應(yīng)變化的電壓輸出信號(hào)加以放大。我們采用運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)加以放大。電壓放大電路由運(yùn)算放大器和電阻Ri以及Rf組成。其核心是運(yùn)算放大器。</p><p>　　運(yùn)算放大器及其應(yīng)用簡(jiǎn)介：</p><p>　　集成運(yùn)放是高增益的放大器。若在它的輸入輸出之間加上反饋網(wǎng)絡(luò)，則可以實(shí)現(xiàn)不同的電路功能。例如，

14、施加線性負(fù)反饋，可以實(shí)現(xiàn)放大功能，以及加減，微分，積分等模擬運(yùn)算功能；施加非線性反饋，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)，乘除等模擬運(yùn)算功能以及非線性變換功能：施加線性或非線性反饋，或?qū)⒄?，?fù)兩種反饋結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)各種模擬信號(hào)的功能。</p><p>　　反相放大電路是運(yùn)算放大器電路三種基本組態(tài)之一，其特點(diǎn)為輸入與輸出反相且成比例。</p><p>　　適選擇Ri和Rf兩個(gè)電阻值以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。輸出電壓V0

15、與加在Ri段的輸入電壓Vi之間滿足：V0=-Rf/Ri*Vi。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)所用的放大器型號(hào)為：OP27.</p><p>　　圖4運(yùn)放的反相放大器 </p><p><b>　　運(yùn)放OP27介紹：</b></p><p><b>　　圖5</b></p><p&

16、gt;　　其中2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，4腳接-Vs接負(fù)15V電壓，7腳接+Vs接正15V電壓，6腳為輸出端簡(jiǎn)單的反相放大器電路如下圖所示： </p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　?。ㄈ?報(bào)警電路：</b></p><p>　　報(bào)警電路由繼電器和蜂鳴器組成。</p>

17、<p>　　所謂蜂鳴器，就是當(dāng)其在兩端加上合適的電壓時(shí)，會(huì)發(fā)出“滴”響聲的小元器件。</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流取控制較大電流的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)，安全保護(hù)，轉(zhuǎn)換電路等作用。通常有電磁繼電器，熱敏干璜繼電器，固態(tài)繼電器等多種型號(hào)。我們這里提供的是電磁繼電器其工作原理和特性如下：</p

18、><p>　　電磁式繼電器一般由鐵芯，線圈，銜鐵，觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力的吸引下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在這樣吸合釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通，切斷的目的。對(duì)于繼電器的常開(kāi)，常閉觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)

19、觸點(diǎn)”;處于接通狀態(tài)的靜點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)所用的繼電器為DC5V，外部封裝為五個(gè)引腳，一段是三個(gè)，另一端口是2個(gè)。有用以加電壓的線圈。當(dāng)線圈兩端沒(méi)有電壓時(shí)，2，4引腳是聯(lián)通的，而2，5引腳是斷開(kāi)的，故蜂鳴器回路不通，蜂鳴器不響，但是當(dāng)繼電器的輸入端的電壓大于一定的值時(shí)，此時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。</p><p><b>　　三. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b

20、></p><p>　　3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　按此電路接好連線，適當(dāng)調(diào)整電路中電阻值得工作電阻，使得電壓放大適當(dāng)?shù)谋稊?shù)，然后接通電源。適當(dāng)改變傳感器的溫度，觀察變化。求的電路的工作參數(shù)，和結(jié)果。并做記錄。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　用protel

21、se99對(duì)電路圖進(jìn)行仿真，效果圖如下：</p><p>　　圖7 protelse99電路仿真圖</p><p><b>　　四. 元器清單</b></p><p><b>　　表1</b></p><p>　　五. 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果</p><p>　　調(diào)整電路中R4和R

22、3的比值使運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)約為13.4倍。經(jīng)調(diào)試運(yùn)算放大器輸出為5V時(shí)，使蜂鳴器的兩端電壓達(dá)到報(bào)警電壓。蜂鳴器響。</p><p><b>　　六．測(cè)量結(jié)果分析</b></p><p><b>　　表2</b></p><p>　　在室溫到100℃的溫度變化范圍內(nèi)，運(yùn)算放大器輸出電壓V隨溫度變化基本呈線性變化。<

23、/p><p><b>　　七.總結(jié)</b></p><p>　　由于AD590精度高，價(jià)格低，不需要輔助電源，線性好，而且電路非常簡(jiǎn)單，所以AD590廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合：測(cè)量熱力學(xué)溫度，攝氏溫度，兩點(diǎn)溫差，多點(diǎn)溫度，多點(diǎn) 平均溫度的具體電路。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&l

24、t;p>　　【1】楊興瑤 .實(shí)用電子電路500例[M] .化學(xué)工業(yè)出版社 ，1996【2】 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .高等教育出版社 ，1997【3】龐振泰、王采斐、屈宗明 （譯）.光電接口器件手冊(cè) .清華大學(xué)出版社 ，1998【4】何希才 .常用集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè) .國(guó)防工業(yè)出版社 ，2000</p><p>　　【5】陳杰 黃鴻編著.傳感器與檢測(cè)技術(shù).高等教育出版社，2010</p>