傳感器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　人體為從外界獲取信息，必須借助于感覺器官，但是單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 　　當(dāng)今世界已進(jìn)入信息時(shí)代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中

2、信息的主要途徑與手段。 　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 　　在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的

3、瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著信息時(shí)代的到來，國內(nèi)外已經(jīng)將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一。國內(nèi)許

4、多高校相繼都開設(shè)相應(yīng)的課程。隨著高薪技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)面的拓展和適應(yīng)傳感器與檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用的需要，作者在北京理工大學(xué)多年講義的基礎(chǔ)上。廣取兄弟院校之所長，博采國內(nèi)外文獻(xiàn)、專注之精髓，結(jié)合多年來教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研實(shí)踐的成果。著作出傳感器。其中熱電式傳感器就是其中的一種。它是利用熱電阻Pt100測(cè)溫電路，是測(cè)量溫度的傳感器。它具有線性關(guān)系、正溫度系數(shù)。其中鉑電阻是典型的例子，它的測(cè)溫范圍在0到850攝氏度。它的測(cè)量電路是熱電阻測(cè)溫電橋的三線

5、連接法和四線連接法，這兩種接法主要是消除傳輸線上的誤差。傳感器的優(yōu)點(diǎn)很多，例如由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵字：熱電阻 Pt100 測(cè)溫電路 橋式電路</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the advent of the infor

6、mation age, home and abroad will already sensor technology as priority development of technology in one. Many domestic universities have either offer corresponding courses. Along with the development of high-paying techn

7、ology, professional development and adapt to the sensor and testing technology development, application requirement, the author in Beijing university of science and technology on the basis of many years handouts. Take th

8、e wide brother institutions of d</p><p>　　Key word: thermal resistor Pt100 temperature detection circuit bridge type circuit</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言………………………………

9、………………………………………………………1</p><p>　　摘要………………………………………………………………………………………2</p><p>　　Abstract………………………………………………………………………………3</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1傳感器

10、的定義……………………………………………………………………5</p><p>　　1.2傳感器的組成……………………………………………………………………5</p><p>　　1.3傳感器的原理……………………………………………………………………5</p><p>　　1.4傳感器的分類……………………………………………………………………6</p>&

11、lt;p>　　第二章 熱電阻測(cè)溫電路特性及原理</p><p>　　2.1熱電阻的定義……………………………………………………………………7</p><p>　　2.2鉑電阻的特性……………………………………………………………………7</p><p>　　2.3測(cè)溫電路的種類………………………………………………………………8</p><p&

12、gt;　　2.4測(cè)溫原理圖………………………………………………………………………9</p><p>　　2.5穩(wěn)壓電路…………………………………………………………………………9</p><p>　　2.6 TL431特性及應(yīng)用……………………………………………………………10</p><p>　　2.7 LM324應(yīng)用電路圖………………………………………………………

13、……12</p><p>　　第三章 用Protel畫圖</p><p>　　3.1畫原理圖的設(shè)計(jì)步驟…………………………………………………………13</p><p>　　3.2生成的PCB板……………………………………………………………………13</p><p>　　3.3注意事項(xiàng)…………………………………………………………………………14

14、</p><p>　　第四章 測(cè)溫電路的調(diào)試及數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　4.1測(cè)溫電路原理…………………………………………………………………16</p><p>　　4.2測(cè)溫電路調(diào)試…………………………………………………………………16</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)的處理……………………………………………………………………16<

15、;/p><p>　　設(shè)計(jì)體會(huì)……………………………………………………………………………17</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………18</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………19</p><p><b>　　第一章 緒論</b>

16、</p><p><b>　　1.1傳感器的定義</b></p><p>　　國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯

17、示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。</p><p>　　1.2 傳感器的組成 </p><p>　　通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換可以安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片

18、上。因此，信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器的組成部分?！　〕Ｒ姷男盘?hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等，它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。</p><p><b>　　1.3傳感器的原理</b></p><p>　　傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小

19、變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD

20、589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該

21、信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用</p><p><b>　　1.4傳感器的分類</b></p><p>　　可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。</p><p>　　傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)

22、象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。</p><p>　　化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。</p><p>　　有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，解決了這

23、類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長。</p><p>　　1、按照其用途，傳感器可分類為：</p><p>　　壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器</p><p>　　液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器</p><p>　　速度傳感器 加速度傳感器</p><p>　　射線輻射傳感器 熱敏傳感器</p><p&

24、gt;　　24GHz雷達(dá)傳感器</p><p>　　2、按照其原理，傳感器可分類為：</p><p>　　振動(dòng)傳感器 濕敏傳感器</p><p>　　磁敏傳感器 氣敏傳感器</p><p>　　真空度傳感器 生物傳感器等。</p><p>　　以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：</p><p>

25、　　模擬傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。</p><p>　　數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。</p><p>　　膺數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。</p><p>　　開關(guān)傳感器——當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平

26、或高電平信號(hào)。</p><p>　　第二章 熱電阻測(cè)溫電路特性及原理</p><p>　　2.1 熱電阻定義 </p><p>　　金屬熱電阻的感溫元件有石英套管十字骨架結(jié)構(gòu)，麻花骨架結(jié)構(gòu)得桿式結(jié)構(gòu)等。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳、鎢、銀等。薄膜熱電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，可實(shí)現(xiàn)

27、工業(yè)化大批量生產(chǎn)。其中骨架用陶瓷，引線采用鉑鈀合金。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。</p&

28、gt;<p><b>　　信號(hào)接線</b></p><p>　　熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其  </p><p>　　它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。</p><p&

29、gt;　　目前熱電阻的引線主要有三種方式：二線制，三線制，四線制</p><p>　　由于本實(shí)驗(yàn)用到的是二線制的接法：</p><p>　　二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合</p><p><b&

30、gt;　　2.2鉑電阻的特性</b></p><p>　　鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(-200℃～650℃)范圍的溫度測(cè)量中。</p><p>　　PT100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50~600℃℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗

31、干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。</p><p>　　常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)

32、相等的的導(dǎo)線長度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。其中圖1為三線制橋式測(cè)溫電路，圖2為兩線制橋式測(cè)溫電路，圖3為恒流源式測(cè)溫電路。下面分別對(duì)橋式電路和恒流源式電路的原理在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行說明（注：這兩個(gè)電路本人均有采用及試驗(yàn)，證明可行）。</p><p>　　2.3測(cè)溫電路的種類</p><p><b&g

33、t;　　一、 橋式測(cè)溫電路</b></p><p>　　橋式測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖1所示（圖1和圖2均為橋式電路，分別畫出來是為了說明兩線制接法和三線制接法的區(qū)別）。</p><p>　　測(cè)溫原理：電路采用TL431和電位器VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源；采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（其中R1＝R2，VR2為100Ω精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR

34、2的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中R3＝R4、 R5＝R6、放大倍數(shù)＝R5/R3，運(yùn)放采用單一5V供電。</p><p>　　設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)： </p><p>　　1. 同幅度調(diào)整R1和R2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大??； </p><p>

35、　　2. 改變R5/R3的比值即可改變電壓信號(hào)的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計(jì)者對(duì)溫度范圍的要求</p><p>　　3. 放大電路必須接成負(fù)反饋方式，否則放大電路不能正常工作（以前就有個(gè)豬頭特別提醒說只有接成正反饋才能正常工作，我也沒做試驗(yàn)就拿它當(dāng)經(jīng)驗(yàn)，害得我重新做板）。</p><p>　　4. VR2也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，例如Pt100的零點(diǎn)溫度為0℃，即0

36、℃時(shí)電阻為100Ω，當(dāng)電位器阻值調(diào)至109.885Ω時(shí)，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了25℃。測(cè)量電位器的阻值時(shí)須在沒有接入電路時(shí)調(diào)節(jié)，這是因?yàn)榻尤腚娐泛鬁y(cè)量的電阻值發(fā)生了改變。</p><p>　　5. 理論上，運(yùn)放輸出的電壓為輸入壓差信號(hào)×放大倍數(shù)，但實(shí)際在電路工作時(shí)測(cè)量輸出電壓與輸入壓差信號(hào)并非這樣的關(guān)系，壓差信號(hào)比理論值小很多，實(shí)際輸出信號(hào)為</p><p>　　4.096*(R

37、Pt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2)) （1） </p><p>　　式中電阻值以電路工作時(shí)量取的為準(zhǔn)。 </p><p>　　6. 電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，因?yàn)槿绻苯覸CC的話，當(dāng)網(wǎng)壓波動(dòng)造成VCC發(fā)生波動(dòng)時(shí)，運(yùn)放輸出的信號(hào)也會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)再到以VCC未發(fā)生波動(dòng)時(shí)建立的溫度-電阻表中去查表求值時(shí)就不正確了，這可以根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算得知。<

38、;/p><p>　　二、 恒流源式測(cè)溫電路</p><p>　　恒流源式測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖3所示。</p><p>　　測(cè)溫原理：通過運(yùn)放U1A將基準(zhǔn)電壓4.096V轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過Pt100時(shí)在其上產(chǎn)生壓降，再通過運(yùn)放U1B將該微弱壓降信號(hào)放大（圖中放大倍數(shù)為10），即輸出期望的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>

39、　　根據(jù)虛地概念“工作于線性范圍內(nèi)的理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端同電位”，運(yùn)放U1A的“+”端和“-”端電位V+＝V-＝4.096V；假設(shè)運(yùn)放U1A的輸出腳1對(duì)地電壓為Vo，根據(jù)虛斷概念，（0-V-）/R1+（Vo-V-）/RPt100＝0，因此電阻Pt100上的壓降VPt100＝Vo-V-＝V-*RPt100/R1，因V-和R1均不變，因此圖3虛線框內(nèi)的電路等效為一個(gè)恒流源流過一個(gè)Pt100電阻，電流大小為V- /R1，Pt100上的壓降僅和

40、其自身變化的電阻值有關(guān)。</p><p>　　設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)： </p><p>　　1. 電壓基準(zhǔn)源可以采用TL431按圖1的電路產(chǎn)生可調(diào)的。</p><p>　　2. 等效恒流源輸出的電流不能太大，以不超過1mA為準(zhǔn)，以免電流大使得Pt100電阻自身發(fā)熱造成測(cè)量溫度不準(zhǔn)確，試驗(yàn)證明，電流大于1.5mA將會(huì)有較明顯的影響。</p><p>

41、;　　3. 運(yùn)放采用單一5V供電，如果測(cè)量的溫度波動(dòng)比較大，將運(yùn)放的供電改為±15V雙電源供電會(huì)有較大改善。</p><p>　　4. 電阻R2、R3的電阻值取得足夠大，以增大運(yùn)放的U1B的輸入阻抗。</p><p>　　5. 當(dāng)然做恒流源還有很多方法，TL431的Datasheet上就有其作為恒流源的詳細(xì)介紹</p><p><b>　　2.4

42、工作原理圖</b></p><p><b>　　2.5穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　使VCC接入5伏的電壓。然后再通過滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)使輸出的電壓為4.096伏</p><p>　　調(diào)節(jié)完之后再調(diào)節(jié)其他的器件然后再連接器件。</p><p>　　2.6 TL431特性及應(yīng)用1 TL431的簡(jiǎn)介　　

43、 德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值（如圖2）。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等?！　　　　　　　∽髨D是該器件的符號(hào)。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。TL431的具體功

44、能可以用如圖1的功能模塊示意?！　∮蓤D可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡(jiǎn)單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用TL431的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路

45、，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。</p><p>　　2. 恒壓電路應(yīng)用　　前面提到TL431的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖2所示的電路，當(dāng)R1和R2的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)Vo的分壓引入反饋，若V o增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路

46、必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。</p><p>　　當(dāng)然，這個(gè)電路并不太實(shí)用，但它很清晰地展示了該器件的工作原理在應(yīng)用中的方法。將這個(gè)電路稍加改動(dòng)，就可以得到在很多實(shí)用的電源

47、電路，如圖3，4。　　　　　　　　　　圖3 大電流的分流穩(wěn)壓電路　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4 精密5V穩(wěn)壓器3、實(shí)驗(yàn)手記　　阻值取值：R0取1.5K，R1、R2分別取10K，按結(jié)果，應(yīng)得到5V的輸出電壓。Vin使用12V，實(shí)測(cè)電壓為5V。Vin使用24V，實(shí)測(cè)電壓5V（我的3 1/2位電表的顯示值），因此，此種器件的精度很高。接入負(fù)載，在C、A端并接負(fù)載電阻，Vin用12V。當(dāng)負(fù)載電阻大于2K時(shí)，輸出電壓幾乎看不出任

48、何變化。當(dāng)電阻小于2K時(shí)，輸出電壓開始減小，此時(shí)應(yīng)當(dāng)是前面所說的陰極電流的條件不符合了?！　　　　　　∮肨L431制成的高精度穩(wěn)壓直流電源</p><p>　　2.7 LM324應(yīng)用電路圖 LM324系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器。 可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V-32V或+16V. LM324的特點(diǎn)： 1.短跑保護(hù)輸出 2.真差動(dòng)輸入級(jí) 3.可單電源工作：3V-32

49、V 4.低偏置電流：最大100nA（LM324A） 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。 6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?7.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 9.輸入端具有靜電保護(hù)功能 </p><p>　　第三章用protel畫圖</p><p>　　3.1原理圖的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　(1)設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。設(shè)計(jì)環(huán)境對(duì)畫原理圖影響很大，在

50、畫原理圖之前，應(yīng)該把設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置好。工作環(huán)境設(shè)置用Desing/Options和Tool/Preferences菜單進(jìn)行的。畫原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。</p><p>　　(2)放置元件。將電氣和電子元件放置在圖紙上。一般情況下元件的原理圖符號(hào)在元件庫都可以找到，只需要將元件庫中的元件從庫中取出，放置在圖上。由于元件的種類非常的多，都被分別放在不同的元件庫中，所以應(yīng)該知道

51、哪類元件在哪些元件庫中。</p><p>　　(3)原理圖布線。元件一旦放在原理圖上，就需要用導(dǎo)線將元件連接起來，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。</p><p>　　(4)編輯于調(diào)整。編輯元件的屬性，這些屬性包括元件名、參數(shù) 封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。</p><p>　　(5)檢查原理圖。使用Protel 99SE的電氣規(guī)則檢查功能檢查原理圖的連線是否合理

52、與正確，給出檢查報(bào)告。若有錯(cuò)誤情況進(jìn)行改正。</p><p>　　(6)生成網(wǎng)絡(luò)表。生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過該表可以確定各元件和它們之間的連接關(guān)系。</p><p>　　(7)打印輸出。打印輸出原理圖</p><p>　　3.2生成PCB板如圖</p><p><b>　　鏡像圖&

53、lt;/b></p><p><b>　　原圖</b></p><p><b>　　3.3注意事項(xiàng)</b></p><p><b>　　1. 單面焊盤： </b></p><p>　　不要用填充塊來充當(dāng)表面貼裝元件的焊盤，應(yīng)該用單面焊盤，通常情況下單面焊盤不鉆孔，所以應(yīng)將

54、孔徑設(shè)置為0。 </p><p>　　2. 過孔與焊盤： </p><p>　　過孔不要用焊盤代替，反之亦然。 </p><p><b>　　3. 文字要求： </b></p><p>　　字符標(biāo)注等應(yīng)盡量避免上焊盤，尤其是表面貼裝元件的焊盤和在Bottem層上的焊盤，更不應(yīng)印有字符和標(biāo)注。如果實(shí)在空間太小放不了字符而需

55、放在焊盤上的，又無特殊聲明是否保留字符，我們?cè)谧霭鍟r(shí)將切除Bottem層上任何上焊盤的字符部分（不是整個(gè)字符切除）和切除TOP層上表貼元件焊盤上的字符部分，以保證焊接的可靠性。大銅皮上印字符的，先噴錫后印字符，字符不作切削。板外字符一律做刪除處理。 </p><p>　　4. 阻焊綠油要求： </p><p>　　A.凡是按規(guī)范設(shè)計(jì)，元件的焊接點(diǎn)用焊盤來表示，這些焊盤（包括過孔）均會(huì)自動(dòng)不

56、上阻焊，但是若用填充塊當(dāng)表貼焊盤或用線段當(dāng)金手指插頭，而又不作特別處理，阻焊油將掩蓋這些焊盤和金手指，容易造成誤解性錯(cuò)誤。 </p><p>　　B.電路板上除焊盤外，如果需要某些區(qū)域不上阻焊油墨（即特殊阻焊），應(yīng)該在相應(yīng)的圖層上（頂層的畫在Top Solder Mark層，底層的則畫在Bottom Solder Mask 層上）用實(shí)心圖形來表達(dá)不要上阻焊油墨的區(qū)域。比如要在Top層一大銅面上露出一個(gè)矩形區(qū)域上鉛

57、錫，可以直接在Top Solder Mask層上畫出這個(gè)實(shí)心的矩形，而無須編輯一個(gè)單面焊盤來表達(dá)不上阻焊油墨。 </p><p>　　C．對(duì)于有BGA的板，BGA焊盤旁的過孔焊盤在元件面均須蓋綠油。 </p><p>　　5. 鋪銅區(qū)要求： </p><p>　　大面積鋪銅無論是做成網(wǎng)格或是鋪實(shí)銅，要求距離板邊大于0.5mm。對(duì)網(wǎng)格的無銅格點(diǎn)尺寸要求大于15mil&

58、#215;15mil，即網(wǎng)格參數(shù)設(shè)定窗口中Plane Settings中的，(Grid Size值)-(Track Width值)≥15mil，Track Width值≥10,如果網(wǎng)格無銅格點(diǎn)小于15mil×15mil在生產(chǎn)中容易造成線路板其它部位開路，此時(shí)應(yīng)鋪實(shí)銅，設(shè)定:(Grid Size值)-(Track Width值)≤-1mil。 </p><p>　　6. 外形的表達(dá)方式: </p&g

59、t;<p>　　外形加工圖應(yīng)該在Mech1層繪制，如板內(nèi)有異形孔、方槽、方孔等也畫在Mech1層上，最好在槽內(nèi)寫上CUT字樣及尺寸，在繪制方孔、方槽等的輪廓線時(shí)要考慮加工轉(zhuǎn)折點(diǎn)及端點(diǎn)的圓弧，因?yàn)橛脭?shù)控銑床加工，銑刀的直徑一般為φ2.4mm，最小不小于φ1.2mm。如果不用1/4圓弧來表示轉(zhuǎn)折點(diǎn)及端點(diǎn)圓角，應(yīng)該在Mech1層上用箭頭加以標(biāo)注，同時(shí)請(qǐng)標(biāo)注最終外形的公差范圍。 </p><p>　　7.

60、焊盤上開長孔的表達(dá)方式： </p><p>　　應(yīng)該將焊盤鉆孔孔徑設(shè)為長孔的寬度，并在Mech1層上畫出長孔的輪廓，注意兩頭是圓弧，考慮好安裝尺寸。 </p><p>　　8. 金屬化孔與非金屬化孔的表達(dá)： </p><p>　　一般沒有作任何說明的通層（Multilayer）焊盤孔，都將做孔 </p><p>　　金屬化，如果不要做孔金屬化

61、請(qǐng)用箭頭和文字標(biāo)注在Mech1層上。對(duì)于板內(nèi)的異形孔、方槽、方孔等如果邊緣有銅箔包圍，請(qǐng)注明是否孔金屬化。常規(guī)下孔和焊盤一樣大或無焊盤的且又無電氣性能的孔視為非金屬化孔。 </p><p>　　9. 元件腳是正方形時(shí)如何設(shè)置孔尺寸： </p><p>　　一般正方形插腳的邊長小于3mm時(shí)，可以用圓孔裝配，孔徑應(yīng)設(shè)為稍大于（考慮動(dòng)配合）正方形的對(duì)角線值，千萬不要大意設(shè)為邊長值，否則無法裝配。

62、對(duì)較大的方形腳應(yīng)在Mech1繪出方孔的輪廓線。 </p><p>　　10. 當(dāng)多塊不同的板繪在一個(gè)文件中，并希望分割交貨請(qǐng)?jiān)贛ech1層為每塊板畫一個(gè)邊框，板間留100mil的間距。 </p><p>　　11.鉆孔孔徑的設(shè)置與焊盤最小值的關(guān)系： </p><p>　　一般布線的前期放置元件時(shí)就應(yīng)考慮元件腳徑、焊盤直徑、過孔孔徑及過孔盤徑，以免布完線再修改帶來的不

63、便。如果將元件的焊盤成品孔直徑設(shè)定為X mil，則焊盤直徑應(yīng)設(shè)定為≥X+18mil。過孔設(shè)置類似焊盤：一般過孔孔徑≥0.3mm，過孔盤設(shè)為≥X+16mil。 </p><p><b>　　12. </b></p><p>　　線寬 線距 焊盤與線間距 焊盤與焊盤間距 字符線寬 字符高度 </p><p>　　建議值： ≥8mil ≥8mil ≥

64、8mil ≥8mil ≥8mil ≥45mil </p><p>　　極限值： 5mil 5mil 5mil 5mil 6mil 35mil </p><p>　　13．成品孔直徑（X）與電地隔離盤直徑（Y）關(guān)系：Y≥X+42mil，隔離帶寬12mil。以上參數(shù)的下限值為工藝極限，為了更可靠請(qǐng)盡量略大于此值。</p><p>　　第四章 測(cè)溫電路的調(diào)試及數(shù)據(jù)處理&l

65、t;/p><p><b>　　4.1測(cè)溫原理</b></p><p>　　通過運(yùn)放U1A將基準(zhǔn)電壓4.096V轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過Pt100時(shí)在其上產(chǎn)生壓降，再通過運(yùn)放U1B將該微弱壓降信號(hào)放大（圖中放大倍數(shù)為10），即輸出期望的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　根據(jù)虛地概念“工作于線性范圍內(nèi)的理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端同電位

66、”，運(yùn)放U1A的“+”端和“-”端電位V+＝V-＝4.096V；假設(shè)運(yùn)放U1A的輸出腳1對(duì)地電壓為Vo，根據(jù)虛斷概念，（0-V-）/R1+（Vo-V-）/RPt100＝0，因此電阻Pt100上的壓降VPt100＝Vo-V-＝V-*RPt100/R1，因V-和R1均不變，因此圖3虛線框內(nèi)的電路等效為一個(gè)恒流源流過一個(gè)Pt100電阻，電流大小為V- /R1，Pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關(guān)。</p><p&g

67、t;　　4.2測(cè)溫電路的調(diào)試</p><p>　　設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)： </p><p>　　1. 電壓基準(zhǔn)源可以采用TL431按圖1的電路產(chǎn)生可調(diào)的。</p><p>　　2. 等效恒流源輸出的電流不能太大，以不超過1mA為準(zhǔn)，以免電流大使得Pt100電阻自身發(fā)熱造成測(cè)量溫度不準(zhǔn)確，試驗(yàn)證明，電流大于1.5mA將會(huì)有較明顯的影響。</p><p&

68、gt;　　3. 運(yùn)放采用單一5V供電，如果測(cè)量的溫度波動(dòng)比較大，將運(yùn)放的供電改為±15V雙電源供電會(huì)有較大改善。</p><p>　　4. 電阻R2、R3的電阻值取得足夠大，以增大運(yùn)放的U1B的輸入阻抗。</p><p>　　5. 當(dāng)然做恒流源還有很多方法，TL431的Datasheet上就有其作為恒流源的詳細(xì)介紹</p><p><b>　　4

69、.3數(shù)據(jù)處理</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　通過傳感器的課程設(shè)計(jì)讓我們體會(huì)到了各學(xué)科的知識(shí)是通匯貫通的。同時(shí)也讓我們鍛煉了自己的動(dòng)手能力，從而也加強(qiáng)對(duì)問題的思考能力。還能讓我們溫習(xí)以前學(xué)過的Protel的知識(shí)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的過程中需要我們不斷的查資料，整理，思考等等，不僅對(duì)傳

70、感器有所了解，而且對(duì)設(shè)備的選擇也有或淺或深的認(rèn)識(shí)，最重要的是我們掌握了一種設(shè)計(jì)的方法，思維的方式，真是受益匪淺。感謝老師給我們一次動(dòng)腦的機(jī)會(huì)，學(xué)而不思則罔，我想老師讓我們自由選題的目的大概就是讓我們自由地放飛我們的想像，也讓我們懂得行成于思?xì)в陔S的道理吧！</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在xx老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的

71、。從在做設(shè)計(jì)以來，我不僅在專業(yè)上有了很大的進(jìn)步，而且恩師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、務(wù)實(shí)工作作風(fēng)、高度的責(zé)任心，也使我受益非淺。在此，我要向xx老師表示深深的敬意和衷心的感謝!</p><p>　　此外，作者在學(xué)習(xí)期間，還得到許多老師、同學(xué)、朋友的幫助，在此表示衷心的感謝!</p><p>　　在這兩周里有許多讓我感動(dòng)的事和讓我感激的人。但由于時(shí)間的倉促和主客觀條件的限制我們只是做出的演示，當(dāng)然這與真

72、正的電梯實(shí)物相比，在運(yùn)行上還有很大差距，盡管有些不太完美的地方，但我們已經(jīng)很努力了。</p><p>　　最后祝愿老師們工作順利，身體健康！祝愿同學(xué)們前程似錦，一切順利！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．李廣第,朱月秀,冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)【M】.北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2007.2．郁有文,常健.傳

73、感器原理及工程應(yīng)用【M】.長春：長春大學(xué)出版社.2008.3．周琳勃.熱電偶K分度線性化【D】.西安:西安外事學(xué)院.2008.4．楊拴科著.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【M】.北京:高等教育出版社.20035．楊幫文編.新編傳感器實(shí)用寶典【M】.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.20056．何立民主編.單片機(jī)高級(jí)教程【M】.北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2001</p><p>　　7．Analog Devices,I