基于测温三极管传感器的温度测控电路设计.doc

传感器与测控电路课程设计扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题 目： 基于测温三极管传感器的温度测控电路设计 课 程： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第三部分：设计电路图第 一 部 分任务书传感器与测控电路课程实习课程设计任务书课题：基于测温三极管传感器的温度控制电路设计温度是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关，也是仪器科学和各类工程设计中必须精确测定的重要物理量。随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高，新的温度传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。由于检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求不同，执行器、开关等的控制方式不同，所以相应的硬件和软件也就不同。但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下传感器选择与测控电路的设计、制作的基本过程是很有必要的。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的传感器原理及应用，测控电路，模拟电子技术基础实验与课程设计，电子技术实验等书的有关章节。一、基于测温三极管传感器的温度测控电路设计简介应用C1815三极管集电极与基极相连构成二极管温度传感器，温度测量范围为-55l25度。三极管温度传感器与电阻组成温度电桥电路，在发酵与食品加工过程中用于监测、控制恒温箱中的温度，此温控电路可实现恒温控制和超温报警指示功能。工作电路输出二值输出；另外可用毫安表模拟显示温控器温度二、基于测温三极管传感器的温度测控电路设计的工作原理本课题中测量控制电路组成框图如下所示：在该装置中恒温设置温度点为80，报警设置温度点为85电路工作过程为：由电阻和C1815组成一个温度电桥，由温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，从而控制风机的起停；或发出报警信号。在温度控制器中，两个温度控制点设置均可通过电位器来进行调节，调节须在装置投入运行前完成。工作时当温度高于80时，能使风机断电停止工作，并用指示灯作为工作状态指示器；当温度低于80时，情况正好相反，使风机开始工作。当温度高于85时，发出报警信号。注意事项：为避免测温三极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过0.5mA。三、设计目的 通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。1、掌握传感器选择的一般设计方法；2、掌握模拟IC器件的应用；3、掌握测量电路的设计方法；4、培养综合应用所学知识来指导实践的能力。四、设计要求及技术指标1、设计、组装、调试； 2、恒温度控制温度：803、报警温度： 85； 4、使用环境温度：常温5、输出信号：二值输出控制继电器工作；6、恒温控制，风机工作指示、超温报警功能；7、非线性误差：1。五、设计所用仪器及器件1直流稳压电源2万用表、毫安表3水银温度计4电阻、电容若干、红、绿发光二极管5C1815晶体三极管构成温度传感器6运放F741、44587继电器8万能电路板9. 电烙铁等六、日程安排1布置任务、查阅资料，方案设计；（2天）根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出电路图。2上机用EDA软件对设计电路进行模拟仿真调试； （2天）要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。3电路的装配及调试；（3天）在万能板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。4总结撰写课程设计报告。 （1天）七、课程设计报告内容：总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1课程设计的目和设计的任务2课程设计的要求及技术指标3总方案的确定并画出原理框图。4各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性(结合设计图写) 5总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解）。6电路安装、调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。7实验结果分析，改进意见及收获。8体会。八、电子电路设计的一般方法：1仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。（1）设计总体方案。（2）设计单元电路、选择传感器、测量电路元器件、根据需要调整总体方案（3）计算电路（元件）参数。（4）绘制总体电路初稿（5）上机在EDB（或EDA）电路实验仿真。（6）绘制总体电路。2明确电路图设计的基本要求进行电路设计。并上机在EDB（或EDA）上进行电路实验仿真，电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验仿真大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。3掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。对于常用元器件，不少手册有所介绍。4、熟练使用常用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识,提高解决实际问题的能力。5、独立撰写课程设计报告。第 二 部 分课程设计报告目 录1课题简介（1）1.1 基于测温三极管的温度测控电路设计简介 （1）2设计要求及技术指标（1）2.1 课程设计的目的和设计的任务（1）2.2 课程设计的要求及技术指标（1）3总方案及原理框图（1）3.1 设计的原理框图（1）3.2 设计的总方案（2）4各组成部分的工作原理 （2）4.1 电路的设计 ( 2)4.2 总原理图 ( 3)4.3 电路工作原理（3）4.4仪器的选择与计算 (3 )4.5制作与调试（4）5实验结果分析（4）6改进意见、收获、体会、设计总结（5）6.1改进意见（5）6.2收获、体会、设计总结（5）6.3成果展示（6）7仪器仪表清单（7）8参考文献（8）传感器与测控电路课程设计1、课题简介1.1 基于测温三极管的温度测控电路设计简介应用C1815三极管集电极与基极相连构成二极管温度传感器，温度测量范围为-55l25度。三极管温度传感器与电阻组成温度电桥电路，在发酵与食品加工过程中用于监测、控制恒温箱中的温度，此温控电路可实现恒温控制和超温报警指示功能。工作电路输出二值输出；另外可用毫安表模拟显示温控器温度2、设计要求及技术指标2.1 课程设计的目的和设计的任务 通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。1、掌握传感器选择的一般设计方法；2、掌握模拟IC器件的应用；3、掌握测量电路的设计方法；4、培养综合应用所学知识来指导实践的能力。2.2 课程设计的要求及技术指标1、设计、组装、调试； 2、恒温度控制温度：803、报警温度： 85； 4、使用环境温度：常温5、输出信号：二值输出控制继电器工作；6、恒温控制，风机工作指示、超温报警功能；7、非线性误差：1。3、总方案及原理框图3.1 设计的原理框图本课题中测量控制电路组成框图如下所示：3.2 设计的总方案在该装置中恒温设置温度点为80，报警设置温度点为85电路工作过程为：由电阻和C1815组成一个温度电桥，由温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，从而控制风机的起停；或发出报警信号。在温度控制器中，两个温度控制点设置均可通过电位器来进行调节，调节须在装置投入运行前完成。工作时当温度高于80时，能使风机断电停止工作，并用指示灯作为工作状态指示器；当温度低于80时，情况正好相反，使风机开始工作。当温度高于85时，发出报警信号。注意事项：为避免测温三极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过0.5mA。4、各组成部分的工作原理4.1电路的设计4.2总原理图4.3 电路工作原理 Rl，R2，WX和BGl组成一个温度电桥，BGl由硅三极管接成二极管，制成温度传感器。放大了的温度信号由ICl的6脚分别加至IC2-1组成的温度报警器和IC22组成的温度控制器上。在温度控制器中，W6为温度控制点设置电位器。在该装置中设置点为80，当温度高于80时，由运算放大器构成的比较器输出高电平，使晶体管BG3(C1815)导通，带动一次继电器J2(JQX-13F)，则中问继电器J3断开，风机断电停止工作，其中D2作为工作状态指示器。当温度低于80时，情况正好相反，使晶体管BG3(C1815)截止，一次继电器J2(JQX-13F)断电，中间继电器J3通电，风机开始工作。W5为温度报警点设置电位器。另外，ICl的输出可由微安表指示，W3和W4为表头校准电位器。4.4仪器的选择与计算为避免测温晶体管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过1mA。电桥平衡桥臂上流过的电流取0.5 mA。放大电路ICl选用集成电路741，IC2选用集成电路4558，IC3选用报警声集成电路。BGl, BG2和BG3均选用C1815三极管。指示器D2选用5mm绿色发光二极管。温度报警点设置的电位器W5选用10k的。 电阻的选择: R1=20K,R2=20K,R3=10K,R4=10K,R5=220K,R6=120K,R7=2.2K,R8=1K,R9=9.5K,R10=1K,R11=100，R12=100,WX=3K,W1=500K,W2=12K,W3=1K,W4=100K,W5=10K,W6=10K。 4.5制作与调试除了电动喇叭、微安表和电位器外，所有元器件焊装在印制板上，然后装入塑料机壳中，机壳面板上留有适当位置用于焊装喇叭、微安表和电位器。 本电路焊装完毕，即可进行调试。 调试时，首先短接ICl的两输入端，调整W2使放大器输出为0V，指示表头应显示为0。置传感器头于冰槽中，调WX使其显示为0，再置传感器头于80的恒温缸中，调W1使显示为80，可用标准水银温度计校准。其中WX和负载电位器W1应反复调节，为了调试方便，可先断开+20V电源使输出部分不工作。5、 实验结果分析实验结果水温（）电压(V)水温（）电压(V)877.629605.091857.421504.123827.290403.144807.082302.194786.902201.259766.662160.865746.490120.459726.272100.257706.09100.030当温度为0时，前半部分电路的输出端（集成块741输出端）的输出电压为0.030V，当温度逐渐上升时，输出电压也随之线性上升，有很好的线性化。当温度上升至80时，前半部分的输出电压为7.082V，记录下次电压；当电压上升之85时，前半部分输出端的输出电压为7.392V，记录下次电压值。紧接着调试后半部分的电压。在后半部分的输入端加入80时对应的电压值7.082V，调节电位器W6使得绿色二极管点亮。撤掉该电压，再在该电路的后半部分的输入端加入85对应的电压值7.392V，调节电位器W5使得红色二极管点亮。连接好全部的电路，将三极管放入热水中，用温度计监测热水的温度,当温度达到80时，绿灯点亮；当温度达到85时，红灯点亮；当温度下降到80以下时两个灯都熄灭。实验结果已到达预期的要求。6、 改进意见、收获、体会、设计总结6.1 改进意见 由于三极管传感器在测温度时，对温度的感应有点延迟，在温度计达到80和85时的实际电压对应的温度比实际的要低，故在设计时应把报警电压设置的稍微低点。6.2 收获、体会、设计总结（1） 此次课程设计综合性较强，运用到以前所学，我不但复习并运用了墙面的知识，更增强了我的动手能力以及思考和解决问题的能力；（2） 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。（3） 经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无穷。（4） 通过这次课程设计，我更加明白了团队的重要性，一个好的团队的效率是补课估量的。我们团队里额度两人分工合作，遇到问题集中讨论，从设计电路、焊电路、调试程序直到得到结果，没一个过程都有条不紊的进行着，以至于在与我们同样课题的同学中，我们组第一个“竣工”。（5） 此次课程设计还让我坚信了信念的重要性。当我们坚信我们组会很快的完成此次设计时，我们可以做到抓紧每一分每一秒，礼拜天别人在休息，而我们依然泡在实验室调试。没有感觉到劳累，相反在结果出来的那一刻感到了无比的兴奋。这次课程设计让我明白了很多。首先，理论与实际联系的重要性：光有理论知识，而动手能力弱是不行的，做东西的时候也会漏洞百出；其次，基础课的重要性：此次传感器与测控电路课程设计涉及到很多基础课的内容；在其次，团队的力量是不可忽略的；最后，信心也是非常重要的：万事对自己有信心才会做好。6.3成果展示7、 仪器仪表清单序号元器件、仪表名称及型号数量1C18153只2运放UF7411只3MC45581只4LED灯红绿各一只5IN41482只6继电器2只8电阻1002