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文檔簡介
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)試與測試結(jié)果9</p>
3、<p> 六.測量結(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量</p><p> ——利用集成溫度傳感器AD590設(shè)溫度檢測報(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> ?。?) 根據(jù)AD
6、590工作原理,設(shè)計(jì)一種溫度測量裝置。</p><p> ?。?)被測溫度在室溫25℃——100℃;</p><p> ?。?)要求測量誤差<1%。 </p><p> ?。?)測量電路應(yīng)包括溫度測量電路,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> (2)寫出溫度傳感器的制作方法(包括設(shè)計(jì)過程以及所設(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.溫度測量電路 2.電壓放大電路 3.報(bào)警電路。</p><p><b> 溫度測量電路 。</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> ?。?)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用于測量溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^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)槲覀儗囟染纫蟛⒉桓?,故可以近視認(rèn)為其在所測溫度范圍內(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> ?。ǘ╇妷悍糯箅娐?lt;/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)容易測得,我們需要對反應(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腳為輸出端簡單的反相放大器電路如下圖所示: </p><p><b> 圖6</b></p><p><b> (三) 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。對于繼電器的常開,常閉觸點(diǎn),可以這樣來區(qū)分:繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn),稱為“常開
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)線圈兩端沒有電壓時(shí),2,4引腳是聯(lián)通的,而2,5引腳是斷開的,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,而且電路非常簡單,所以AD590廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合:測量熱力學(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 .清華大學(xué)出版社 ,1998【4】何希才 .常用集成電路簡明速查手冊 .國防工業(yè)出版社 ,2000</p><p> 【5】陳杰 黃鴻編著.傳感器與檢測技術(shù).高等教育出版社,2010</p>
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