溫度測(cè)量與控制電路

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1、溫度測(cè)量與控制電路摘要溫度是一個(gè)與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測(cè)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(duì)某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測(cè)量，并能自動(dòng)的控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。本設(shè)計(jì)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(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量與控制，溫度測(cè)量電路運(yùn)用鉑熱電阻溫度傳感器，控制電路是通過(guò)兩個(gè)電壓比較電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，聲光報(bào)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(guò)AD轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)與之連接的譯碼電路中顯示出來(lái)，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(jìn)制數(shù)到8421BCD碼的轉(zhuǎn)

2、換由74185來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)電壓信號(hào)通過(guò)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(jìn)而控制下一個(gè)電路單元的工作狀態(tài)。調(diào)溫控制電路中，測(cè)量溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，控制電路接通降溫設(shè)備對(duì)其降溫，測(cè)量溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，控制電路接通加熱設(shè)備對(duì)其加熱。報(bào)警系統(tǒng)是將測(cè)量溫度與上下限溫度通過(guò)電壓比較器比較。關(guān)鍵字溫度傳感器差動(dòng)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(bào)警設(shè)計(jì)要求1.測(cè)量溫度范圍為20℃～165℃，精度0.50℃；2.被測(cè)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(guò)設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聲光報(bào)警。24第一章系統(tǒng)概述1．方案比較方案一：系統(tǒng)方

3、框圖如圖1所示，溫度傳感器測(cè)量被測(cè)量的溫度，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后經(jīng)過(guò)濾波消除干擾信號(hào)，放大電路將所測(cè)信號(hào)幅度與后續(xù)電路的工作范圍做一匹配，所得有用信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換專職轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。此數(shù)字信號(hào)經(jīng)三條路徑：其一，進(jìn)入超限報(bào)警裝置與所設(shè)定的溫度范圍進(jìn)行比較，若超限則發(fā)出聲光報(bào)警;其二，經(jīng)過(guò)碼制轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)碼管顯示當(dāng)前所測(cè)溫度；其三，進(jìn)入數(shù)字比較器與輸入的控制溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生溫度控制機(jī)構(gòu)的工作信號(hào)，同時(shí)顯示輸入的控制溫度。此系統(tǒng)可以對(duì)被測(cè)體的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，并進(jìn)行有效控制，總體上實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量與控制。超限報(bào)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

4、溫度顯示顯示圖1方案二：系統(tǒng)方框圖如圖2所示，溫度傳感器用來(lái)測(cè)量被測(cè)體的實(shí)時(shí)溫度并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大電路，成為有用信號(hào)分兩路進(jìn)入后續(xù)電路：一路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)顯示；電壓信號(hào)的另一路進(jìn)入電壓比較器，與輸入控制溫度電壓信號(hào)進(jìn)行比較，比較結(jié)果信號(hào)將驅(qū)動(dòng)溫度控制裝置工作，對(duì)被測(cè)體的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，電壓比較器的比較結(jié)果將決定是否發(fā)出聲光報(bào)警。此方案是將測(cè)量溫度與輸入控制溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的控制。24聲光報(bào)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

5、信號(hào)都轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)處理，只用了一步A/D轉(zhuǎn)換，而且系統(tǒng)的主要處理部件均采用數(shù)字式的元器件，從而使信號(hào)的模式與之匹配，對(duì)于信號(hào)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(yuǎn)沒(méi)有模擬信號(hào)設(shè)定輕松，故舍之。方案二符合要求中控制溫度與測(cè)量溫度均可顯示，利用單刀雙擲開(kāi)關(guān)經(jīng)濟(jì)有效的解決了這一問(wèn)題?？刂齐娐分幸阅M信號(hào)為主，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確。綜上所述，鑒于兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，總體上比較后選擇方案二作為我們此次溫度測(cè)量與控制電路的設(shè)計(jì)方案。第二章單元電路設(shè)計(jì)與分析1、測(cè)溫電路測(cè)溫電路是由傳感器電橋、差動(dòng)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(shí)，其電阻增大，電

6、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+α（t-t0）]式中，Rt為t℃時(shí)的電阻值；Rto為溫度為0℃時(shí)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(cè)量的金屬電阻要具有一定的靈敏度、溫度測(cè)量范圍、重復(fù)性、穩(wěn)定性和線性，因此，用作測(cè)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(shí)的電阻的相對(duì)變化值。電阻溫度系數(shù)越大，測(cè)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(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。d、電阻與

7、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(qiáng)，便于批量生產(chǎn)和互換。f、價(jià)格便宜。常見(jiàn)鉑測(cè)溫電阻的標(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(cè)量精度，并且在較大的溫度范圍內(nèi)有很好的線性，測(cè)溫范圍可達(dá)—250℃~+640℃。（1）傳感器電橋鉑熱電阻測(cè)溫的一個(gè)問(wèn)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(cè)量電橋的連線較長(zhǎng)時(shí)，引線電阻就會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。為了減小引線電阻對(duì)測(cè)量帶