基于测温二极管传感器的温度测控电路设计

扬州大学水资源、能源与动力工程学院课程设计报告题目：基于测温二极管的温度测控电路设计课程：传感器与测控电路课程实习专业化：测量和控制技术与仪器等级：测量和控制1302姓氏：王亚芝号码：指导老师：季晓华、杨鹏内容一、题目简介(1)1关于温度测量和控制(1)2温度测量的主要方法和分类(1)二。设计要求和技术指标.(2)1设计目的和设计任务.1.1课程设计的目的(2)1.2课程设计任务.2课程设计要求和技术指标(3)2.1课程设计要求.2.2课程设计的技术指标(3)3总体方案和原理框图.(4)3.1设计总平面图.3.2原理框图(4)4电路各部件的工作原理(5)4.1温度转换电路的工作原理(5)4.2差分放大器电路的工作原理(6)4.3比较电路的工作原理(7)4.4驱动电路的工作原理(8)4.5总电路图(9)4.6电路的参数选择和计算(11)4.7物理地图.温度与人们的生活环境和生产活动密切相关。在仪器科学和各种工程设计中，它也是一个必须精确测量的重要物理量。随着科学技术的发展，温度测量技术发展迅速，温度测量范围不断拓宽，温度测量精度不断提高。新型温度传感器，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。正在不断涌现。由于用于温度检测的传感器类型不同，测量电路和要求不同，致动器、开关等的控制模式不同。相应的硬件和软件也不同。温度和温标的温度不能直接测量，只能利用不同冷热物体之间的热交换以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来间接测量。为了定量描述温度，必须建立温度标度，即温度标度。它是温度的数字表示。温度不仅是热力学中的主要热量，也是国际单位制中的七个基本量之一。国际温度标准规定，热力学温度(T)单位为K，1K等于水三相点热力学温度的1/273.16。然而，通常将水的冰点设定在0，比水的三重点低0.01，因此摄氏度(T)和热力学温度(71)之间的关系是t=T-273.152温度测量的主要方法和分类温度传感器由两部分组成：现场温度传感元件和控制室显示装置。根据温度传感元件是否与被测介质接触，温度测量方法分为两类：接触式温度测量和非接触式温度测量。接触温度测量是使温度传感元件与被测介质接触。当待测介质和温度传感元件达到热平衡时，温度传感元件和待测介质的温度相等。这种温度传感器结构简单，工作可靠，精度高，稳定性好，价格低廉，应用广泛。非接触式温度测量是物体的热辐射能量随温度变化而变化的原理。它可以测量高温、腐蚀、有毒、运动物体、固体和液体表面的温度，但其精度较低。二、设计要求和技术指标1设计目的和设计任务1.1课程设计的目的通过设计，我们知道如何利用电子技术实现温度测控任务，完成温度测控电路的连接和调试，学会如何检测和排除电子电路的电路故障，更加熟悉常用电子仪器的使用，提高电路设计、调试和解决问题的分析能力。1、掌握传感器选型的一般设计方法；2.掌握模拟集成电路器件的应用；3.掌握测量电路的设计方法；4.培养综合运用所学知识指导实践的能力1.2课程设计的任务温度测控电路采用1N4148二极管温度传感器和集成运算放大器设计。温度测量范围为-65 200，工作电路输出二进制输出。电路的输出控制继电器的工作，实现加热和冷却的转换控制，控制被控对象的温度在要求的范围内(40 60)。测控电路要求具有加热和冷却的指示功能。2课程设计要求和技术指标2.1课程设计要求通过设计了解如何利用电子电路实现温度测控任务，完成温度测控电路的连接和调试，学会电子电路的检测和电路故障的排除，进一步熟悉常用电子仪器的使用、提高分析电路设计、调试和解决问题的能力。2.2曲线的技术指标如图1所示，该电路的总体设计思想是通过转换电路将具有不同温度的二极管的电流值转换成电压值，然后通过差分放大器，然后转换成两条路径。通过同相比较器，当电压值大于设定值时，绿色指示灯亮，制冷继电器通过驱动电路驱动电器工作。另一路通过反相比较器，当电压值小于设定值时，红色指示灯亮，驱动电路驱动加热继电器工作。输出电压和温度保持在一定范围内。3.2？功能框图图3-2-1一般原理框图4电路各部件的工作原理4.1温度转换电路的工作原理图4-1-1温度转换电路示意图图4-1-2 IN4148电流随温度变化的特性曲线如图4-1-1所示，该电路将二极管IN4148随温度变化的电流值转换成电压值，并将收集的温度信号转换成电信号。该电路为反向输入型转换电路，LM243为运算放大器，其输出电压与二极管电流成正比，从而实现输入/输出转换。为了确保一定的转换精度和适应范围，要求转换电路具有低输入阻抗和低输出阻抗。转换后的电压值与输入电流值成线性关系4.2差分放大器电路的工作原理图4-2-1差分放大器电路示意图如图4-2-1所示，它是一个差分比例放大电路。输入电压和12V Vcc分别施加到运算放大器的反相和非反相端。为了确保运算放大器的输入平衡，要求输入电阻相等。因此，在实际操作中，RP1应该被调整为使得左电阻加上R6和R4相等，并且右电阻加上R7和R5加上RP2相等。电路的放大系数为，这个值可以通过调整RP2来改变。电路的输出与两个输入端的端电压之差成正比，以实现差分比例运算。差分输入电路可以有效抑制共模干扰电压的影响。4.3比较电路的工作原理图4-3-1同相比较器电路原理图图4-3-2反相比较器电路原理图如图4-3-1所示，它是一个同相比较器。当温度低于控制下限(40)时，红灯亮，继电器1工作，控制加热器开始加热。用于检测的设定阈值电平由RP3调节，并连接到比较器的反相输入端，用于与非反相输入端的输入电压进行比较，并且当输入电压大于设定值时输出正电压。图4-3-2示出了反相比较器。当温度高于控制上限(60)时，绿灯亮，继电器2工作，控制冰箱开始制冷。用于检测的设定阈值电平由RP4调节，并连接到比较器的非反相输入端，用于与反相输入端的输入电压进行比较，并在输入电压小于设定值时输出正电压。4.4驱动电路的工作原理图4-4-1驱动电路原理图如图4-4-1所示，当输入电压为某一正值时，发光二极管发光，同时三极管9013导通，驱动继电器打开开关，启动设备运行。4.5总电路图的两种方案有什么不同吗？图4-5-1选项1图4-5-2选项24.6电路参数的选择和计算4.6.1标签见图4-5-14.7物理地图电路的设计、电路各部分的工作特性和元件的功能5.1传感器测量和控制电路设计的一般步骤图5-1-1总体设计步骤框图5.2设计方案的选择根据设计任务给出的被测参数(待测)的类型和类型，以及精度要求和使用条件等因素，选择完成设计任务的传感器类型，并形成框图，如图1-1所示.图5-2-1传感器测量和控制框图根据测得的传感器特性，利用相关理论或数据推导或拟合出所设计传感器的数学模型。(1)对于拟合的数学模型，可以采用以下方法：(1)通过数学归纳法找出实验数据的数学规律，用已知函数表示数学模型。(2)将实验数据绘制成光滑曲线和已知函数的曲线进行比较，找出误差最小的已知曲线，并将已知曲线的函数作为传感器的数学模型。这种方法被称为经验模型法。(3)采用高阶多项式作为设计传感器的数学模型。假设设计传感器的数学模型是(1-1)然后使用判别规则(见等式(1-1)至(1-6)确定多项式的平方数，并注意次数和系数对曲线的影响。(2)利用相关理论推导数学模型的方法：将传感器的结构示意图简化为物理模型(或机械模型)，并根据物理(机械)模型应用相关理论建立数学模型(见磁电传感器数学模型建立方法)。5-3-2传感器参数的计算和选择根据建立的数学模型，设计并计算了数学模型中的结构系数和相关系数。(1)对于用实验数据拟合的数学模型公式(1-1)中结构系数的确定，其值的大小可用最小二乘法求得。(2)对于相关理论建立的数学模型，一般是动态数学模型，通常是二阶系统模型，即(1-2)其中：是结构系数。解决方法是首先找到公式(3-2)的传递函数：(1-3)其中自然频率，阻尼比，然后获得频率传递函数：(1-4)公式(3-4)的振幅比是(1-5)给定主题给出的线性度%FS，则等式(3-5)应满足 y/x 或 % fs(1-6)因此，在那个时候，我们得到了(数值)因此，在那个时候，我们得到了(数值)通常有AB。理论分析表明，当/03且=0.60.7时，yx取a和b中大于3的值，如果取a，则存在/ 0=a。由于已知为输入x变化的角频率，所以可以得到0=/A (1-7)从和，获得结构系数值。5-3-3传感器的误差分析根据上面获得的数学模型，将其线性化以获得线性数学模型，然后执行以下误差分析：(1)非线性误差(线性)(2)零误差(3)静态误差(4)动态误差(5)综合静态误差(6)温度误差上述误差的计算应根据教材中的定义