溫度測量與控制電路

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1、溫度測量與控制電路摘要溫度是一個與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測量和控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對某一系統(tǒng)的溫度進行測量，并能自動的控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。本設(shè)計主要結(jié)合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的基本知識來實現(xiàn)溫度測量與控制，溫度測量電路運用鉑熱電阻溫度傳感器，控制電路是通過兩個電壓比較電路來實現(xiàn)，聲光報警裝置采用LED和蜂鳴器構(gòu)成。工作原理主要是利用溫度傳感器把系統(tǒng)的溫度通過AD轉(zhuǎn)換電路將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過與之連接的譯碼電路中顯示出來，譯碼顯示部分應(yīng)用有內(nèi)置譯碼器的四輸入數(shù)碼管完成，而8位二進制數(shù)到8421BCD碼的轉(zhuǎn)換由74185來實

2、現(xiàn)。同時電壓信號通過電壓比較器與輸入電壓比較決定輸出是高電平或是低電平，進而控制下一個電路單元的工作狀態(tài)。調(diào)溫控制電路中，測量溫度大于設(shè)定溫度時，控制電路接通降溫設(shè)備對其降溫，測量溫度小于設(shè)定溫度時，控制電路接通加熱設(shè)備對其加熱。報警系統(tǒng)是將測量溫度與上下限溫度通過電壓比較器比較。關(guān)鍵字溫度傳感器差動放大電路二階低通有源濾波器A/D轉(zhuǎn)換電壓比較器控制溫度聲光報警設(shè)計要求1.測量溫度范圍為20℃～165℃，精度0.50℃；2.被測量溫度與控制溫度均可數(shù)字顯示；3.控制溫度連續(xù)可調(diào)；4.溫度超過設(shè)定值時，產(chǎn)生聲光報警。24第一章系統(tǒng)概述1．方案比較方案一：系統(tǒng)方框圖如圖1所示，溫度傳感器測量被測量

3、的溫度，轉(zhuǎn)換成電壓信號后經(jīng)過濾波消除干擾信號，放大電路將所測信號幅度與后續(xù)電路的工作范圍做一匹配，所得有用信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換專職轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。此數(shù)字信號經(jīng)三條路徑：其一，進入超限報警裝置與所設(shè)定的溫度范圍進行比較，若超限則發(fā)出聲光報警;其二，經(jīng)過碼制轉(zhuǎn)換后進入數(shù)碼管顯示當(dāng)前所測溫度；其三，進入數(shù)字比較器與輸入的控制溫度進行比較，產(chǎn)生溫度控制機構(gòu)的工作信號，同時顯示輸入的控制溫度。此系統(tǒng)可以對被測體的溫度進行實時跟蹤測量，并進行有效控制，總體上實現(xiàn)了溫度的測量與控制。超限報警裝置溫度傳感器數(shù)字比較器溫度控制裝置A/D轉(zhuǎn)換濾波放大電路輸入控制溫度顯示顯示圖1方案二：系統(tǒng)方框圖如圖2所示，溫度傳感

4、器用來測量被測體的實時溫度并轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過濾波放大電路，成為有用信號分兩路進入后續(xù)電路：一路進入A/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示；電壓信號的另一路進入電壓比較器，與輸入控制溫度電壓信號進行比較，比較結(jié)果信號將驅(qū)動溫度控制裝置工作，對被測體的溫度進行實時控制，電壓比較器的比較結(jié)果將決定是否發(fā)出聲光報警。此方案是將測量溫度與輸入控制溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號進行比較，從而實現(xiàn)了溫度的控制。24聲光報警器控制電路溫度傳感器電壓比較器電壓比較器顯示電路A/D轉(zhuǎn)換器上下限溫度控制溫度圖22、方案論證與選擇方案一是將所有的信號都轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理，只用了一步A/D轉(zhuǎn)換，而且系統(tǒng)的主要處理部件均

5、采用數(shù)字式的元器件，從而使信號的模式與之匹配，對于信號處理的精度就有了保證。但由于其上、下限溫度限定電路復(fù)雜，遠沒有模擬信號設(shè)定輕松，故舍之。方案二符合要求中控制溫度與測量溫度均可顯示，利用單刀雙擲開關(guān)經(jīng)濟有效的解決了這一問題?？刂齐娐分幸阅M信號為主，實現(xiàn)起來簡單且準(zhǔn)確。綜上所述，鑒于兩個方案的優(yōu)缺點，總體上比較后選擇方案二作為我們此次溫度測量與控制電路的設(shè)計方案。第二章單元電路設(shè)計與分析1、測溫電路測溫電路是由傳感器電橋、差動輸入放大器、二階低通濾波器組成的。大多數(shù)金屬電阻當(dāng)溫度上升時，其電阻增大，電阻率溫度系數(shù)一般為0.4%~0.6%，電阻與溫度的關(guān)系一般可以表示為：24Rt=Rto[1

6、+α（t-t0）]式中，Rt為t℃時的電阻值；Rto為溫度為0℃時的電阻值；α為電阻率溫度系數(shù)。一般金屬材料的電阻與溫度關(guān)系為非線性的，故電阻率溫度系數(shù)也隨溫度而變化。做溫度測量的金屬電阻要具有一定的靈敏度、溫度測量范圍、重復(fù)性、穩(wěn)定性和線性，因此，用作測量溫度的金屬材料必須滿足一下條件：a、電阻溫度系數(shù)大。其定義為：溫度變化1℃時的電阻的相對變化值。電阻溫度系數(shù)越大，測量靈敏度越高。b、電阻率大。電阻率大可使電阻體積做得小些，減小熱慣性。c、在測溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。d、電阻與溫度的關(guān)系要接近線性，以便于分度和讀數(shù)。e、重復(fù)性好、復(fù)制性強，便于批量生產(chǎn)和互換。f、價格便宜。常見鉑測溫

7、電阻的標(biāo)稱電阻值為100Ω，溫度系數(shù)是3850×10-6/℃。采用阻值為Rt=100Ω的鉑金屬熱電阻為傳感器，它有較高的測量精度，并且在較大的溫度范圍內(nèi)有很好的線性，測溫范圍可達—250℃~+640℃。（1）傳感器電橋鉑熱電阻測溫的一個問題是其自身的電阻值小，一般為100Ω左右，新產(chǎn)品的電阻值最大也只有l(wèi)kΩ左右，所以傳感器到測量電橋的連線較長時，引線電阻就會帶來測量誤差。為了減小引線電阻對測量帶