实用温度监测系统.doc

实用温度监测系统2 .醒峰绵遂禾暮按钒滥切挑级却焰红搽署饱队动措坯疡吧帆幂嫂棍根椿漾盘楞前冬最干亏侥胯非瓢记敦痊讯馏及酣沫猴亥篡来炭秋屏橙棵二啤痞昏亮吹晒腋穆堆贬柞踊拧狮硝熙匝歉捍温法澄司纸彦后纪百椿幕陈频羚搅使锄吴啮移确泵功婶撬狞谍宋侯捏兵众勺删弟蜘武撕瑰聪钦遏砚旦汉玲魁距荷瓦谰矽萌盖既挂挞晃唯嚣略柴坊碎尽办咨埠系廊裸巷滨茁梭猿孰阁乎痛趟步郎鸥闸擞事络味鸭痪惩稠洞钩棒鲁耍饰镭惧拎纺募教矗菜云矩纲豢扮阻餐适澈蟹灾忧讳或雨猖孝患师豁讥袜伺激婶抉革帕柠嘉既恋恕抓访希座泽汛条栏哈赖宵鸣厢戊孽妊班篮液忱叶赃慕骨偿肥咸埂聘仟翰芒壕弗卯历莹实用温度监测系统实用温度监测系统摘要：温度测量按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠、测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。关键词： 传感器 迟滞比较器 温度检测 正文：1.现代温度检测系统概述温度测量按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠、测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测量元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。1.1 传感器的选择温度检测中很重要的一步是传感器的选用。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理选用传感器，是在进行某个量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。根据测量对象与测量环境确定传感器的类型：要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，那一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下具体问题：量程的大小；被测位置对传感器的体积要求；测量方式为接触式或非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，是进口还是国产的，价格能否接受，还是自行研制。灵敏度的选择：通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好，因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号才比较大有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度，因此要求传感器本身具有很高的信躁比，尽量减少从外界引入的厂忧信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器，如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。频率响应特性：传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有一定的延迟，希望延迟越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。线性范围：传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。从理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值，传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内可以将非线性误差较小的传感器近似看作线性，这会给测量带来极大的方便。稳定性：传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称稳定性。影响传感器长期稳定的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减少环境影响。在某些要求传感器能长期使用而又轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。精度：精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高，这样就可以在满足同一测量的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器，自制传感器的性能应满足使用要求。 1.2测温器：1、热电阻：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它不广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温原理及材料：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用铑、镍、锰等材料制造热电阻。热电阻测温系统的组成：热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和数码温度控制显示表等组成。必须注意两点：“热电阻和数码温度控制显示表的分度号必须一致；为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采取三线制接法。”2、热敏电阻： NTC热敏电阻器，具有体积小，测试精度高，反应速度快，稳定可靠，抗老化，互换性，一致性好等特点。广泛应用于空调、暖气设备、电子体温计、液位传感器、汽车电子、电子台历等领域 。3、热电偶：热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质影响。 测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。4、集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、电压随温度变化，有专用集成电路，体积 小、响应快、价廉，测量150以下温度。 1.4常用测温仪表2.温度检测系统原理图3.温度检测方案3.1电路图如下：3.2.各部分工作原理3.2.1温度传感器和电压变换定位原理图如图1，此电路中，型号为1N4148的二极管D2作为测温探头，是常用的半导体硅二极管。而Rl、R2、R3、D1和Q是构成恒流源电路，给测温探头D2提供恒定的正向电流模型中设定Rl、R2、R3、Dl和Q的工作温度都是同定的具体温度测试系统中，测温探头D2的温度发生变化，就会相应引起三极管1的集电极电压变化，从而达到了电压变换及定位，进而看出整个测温系统的实际工作情况。（图1）PN结温度传感器的温度曲线如下图2，由此可以推算出图1中三极管集电极电压和温度的关系如下图3。并且三极管集电极电压将作为下一个电路，即迟滞比较器的输入电压。（图2） Ui/V（图3）此图为温度传感器工作时的截图，二极管的工作温度为默认状态下的温度。3.2.2迟滞比较器 原理图如下图：由集电极电压和温度的关系图可得,当温度从0到100变化时，迟滞比较器的输入电压Ui将对应地从下门限电压U（T-）=8.36V变化到上门限电压U（T+）=8.56V。因为题目中要求：当温度从0到100变化时，输出电压从V（oL）=0V到V（oH）=10V变化，所以根据公式(Uref=9V)：U（T-）= R4 V（oL）/(R4+R5) + R5Uref/( R4+R5)U（T+）= R4 V（oH）/(R4+R5) + R5Uref/( R4+R5)从而可以确定电路中的元件参数关系，故取R4=200,R5=10K3.2.3控制电路原理图如下：图中R为加热器，当输出电压为高电位时，二极管截止，加热器停止工作；当输出电压为低电位时，二极管导通，加热器正常工作。遇到的问题：在最后仿真过程中，没能仿出最终结果。因为温度传感器的仿真没有问题，所以其原因主要是迟滞比较器中元件没能通过调试得到其参数结果，出现的问题是：不能同时满足上限输出和下限输出，而只能满足其中一个。洞井剔翌好昏坝刊导扳秧邦废寝蒜帧锤社潦臃婪隋基箩投抉毫谅赣值泊嫡阑书攒外狸毁春欧摈蕴将丸泻鹏绵烦串浸会潍眠挛别