热敏电阻控制温度上下限报警装置

传感器课程设计报告书课题名称热敏电阻控制温度上下限报警装置姓名学号院、系、部专业指导教师传感器课程设计热敏电阻控制温度上下限报警装置1、设计目的1、掌握热电式传感器工作原理并了解热敏电阻与温度变化的关系；2、熟练应用直流电桥，比较器等基本电路；3、自拟电路，充分体会热电式传感器的实际应用；4、学习使用PROTEUS系统进行电路仿真，PROTEL软件绘制原理图2、设计要求1实现基本功能，画出设计电路图；2制板；3提示（1）将热敏电阻接到桥式电路中，常温下输出电压为0，LED不发光；（2）当把热敏电阻加到一定的热水或冷水中，（即温度升高或降低）桥式电路不平衡，导致后续的晶体管出现导通，对应的LED亮；（3）在接三极管前先需要对桥式电路的输出电压信号放大，放大倍数约100倍；4完成3000字设计报告三、硬件电路设计31电路设计结构框图图31电路设计结构框图32传感器的选择热敏电阻的基本特性是电阻温度特性。我们使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，特别适用于100300之间测温，在较小的温度范围内，其电阻温度特性曲线是一条指数曲线，即随着温度的升高阻值不断减小。由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值岁温度的升高将按指数规律迅速减小。这和金属中自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。热敏电阻有正温度系数，临界温度系数与负温度系数之分，本实验所用的101为负温度系数（NTC）,在较小的温度范围内，其电阻温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为式中，为温度为时的电阻值，与为与半导体性能有TERTRTT关的常数，为热敏电阻的热力学温度。经实际测量，25摄氏度时热敏电阻阻值达到100欧姆33信号处理电路我们采用了LM324四运放集成电路。它采用14脚双列直插塑料封装，其内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用以外，四组运放相互独立。每一组运放都可以用图一所示的符号来表示，它共有5个引出脚，其中“”、“”为两个信号出入端，“V”、“V”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，V（）为反相入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相反；VI为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。图32LM324图32LM324引脚当去掉运放的反馈电阻，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大，此时运放变成、形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V），就是低电平（V）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。我们选择第一组与第二组进高低温比较当环境温度高于25时，5管脚电位高6管脚电位，7管脚输出高电平，C9013导通，红灯亮且蜂鸣响，否则红灯不亮蜂鸣不响；当环温度低于25时，3管脚电位高于2管脚电位，1管C脚输出为高电平，C9013导通，绿灯亮，否则输出绿灯不亮。34声光报警我们采用了蜂鸣器与红色发光二极管并联的方式接入电路中，当红色二极管亮时蜂鸣响，实现高温报警。4、制作使用41仿真电路基本设计出来后，在计算机上用PROTEUS系统仿真软件实现仿真。对元器件的取值应严格按照设计的电路及实际情况来确定，以减少在硬件操作时的麻烦。以下为仿真后的截图效果42电路板设计我们先在面包板上连接好电路，控制传感器温度，使温度上下限确定位在常温。焊接前对万用电路板进行了电路设计，以整洁美观为原则。对布线，元件的放置都有明确位置。43制作与焊接严格按照上图所示连接电路图，LM324的4脚接6V，11脚接地。1、焊接时应注意以下几个方面（1）发光二极管的极性不能搞混，脚长的一端为正极，另一端为负极。或使用万用表测量。（2）LM324不能直接焊接在电路板上，那样的话既不容易调试，还容易烧坏片子，应焊接8脚的集成电路管座，在焊接完成后将LM324插于管座上。（3）扬声器的极性已标出，注意不能反接。（4）焊接完成后的电路基本不用调试，用给NTC传感器加热，其电阻发生变化，使管脚2、3与管脚5、6的电压发生变化，从而使LM324的第一组或第二组导通或截止，进而实现红灯或绿灯亮，实现温度超限报警2、制作在焊接的过程中，为保证焊接点牢固,接粗良好与美观，不存在虚焊，假焊，在焊接前要用刀，断锯条或砂纸刮去或打光引脚线上的油污，氧化膜或漆，直至露出光亮干净的表面。之后涂上松香溶液，其上搪一层锡。焊接时应掌握好温度及时间，焊接时间一般在35秒。若焊接时间过短，焊锡未与焊件充分侵熔易产生虚焊，假焊；时间过长，则将烫坏印制板的铜箔或元件。电烙铁温度低，焊点表面粗糙，无光泽，呈豆腐渣状。焊接时，烙铁头应同时紧贴引脚或接线头及印制板上的焊盘铜箔，当焊点温度升至焊锡熔点时，焊锡熔化即自动流到引线与铜箔间，形成锥状光滑焊点，之后迅速移开烙铁。焊锡未完全凝固前，不能移动或摇动被焊元器件。焊锡可事前熔在烙铁头上，亦可在烙铁贴在焊点加热时将其送入。各元件焊接完毕，焊接结束后必须检查有无漏焊，虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。5、分析误差、灵敏度51NTC热敏电阻的热电温度特性分析温度特性方程热敏电阻的温度特性可用下面经验公式表示1EXP00TBR其中，温度为时的热敏电阻阻值；RT温度为时的热敏电阻阻值，一般常取为20；0R0T0TC热敏电阻常数，,其中和为20和100时的B102LN365RB201RC电阻值。由式（1）可以看出，阻值变化与温度变化为指数关系，随温度升高，热敏电阻阻值迅速下降，灵敏度高是热敏电阻测温的主要优点。52热电特性热敏电阻在其自身温度变化1时，电阻值的相对变化量称为热敏电阻的C温度系数，其值为22TBDR由式（2）可以看出，NTC热敏电阻的温度系数是负值，且与温度变化有关。温度越低，温度系数越大，灵敏度越高，所以NTC热敏电阻常用于低温测量。图51串并联电阻实现热电阻线性化图51所示，当温度变化时，要使RT线性变化，其中，为要串联的电阻，1R为要并联的电阻，为NTC热敏电阻。下面说明如何确定和的阻值。2R1R2解出（3）RR21当补偿温度范围为时，可在三个温度点上测量值，即、21T1R0T1，取与之间的温度，一般常选25，热敏电阻阻值分别为2T0CRT0、RT1、RT2，而RT1、RT2、RT0是线性化处理后理想直线上T1、T2、T0温度时对应的阻值。由式（3）可知；（4）R21RR212代入式（4）即可求出、阻值的大小。实际电路中，为了满足通过1R2电流大小的需要，常要再并联上一个电阻分流，其大小由通过的电流大小决R定，此电阻与的值相差很大，基本不影响RT与温度的线性关系。运用串并联电阻的方法实现热敏电阻线性化简单易行，可用于精度要求不高的场合。六、设计总结通过自身对传感器的设计、仿真、组装，将在课堂上学到的理论知识用以解决这一系列过程当中出现的种种问题。不仅使理论正确的指导了实践，更在实践的过程中深化了对理论的认知，真正将课堂上的知识变为了自己的。其次是团队合作与交流能力。在这次的实习中采取了以小组为单位的合作形式，这就需要小组中的每个成员都要有一个明确的分工。我在小组中主要负责电路的设计与焊接，但这个过程并非只由我一人完成，小组的其他成员也给了我很大的帮助。整个设计、制作过程也可以说是一个互相交流的过程。例如，在设计的最初我采用了课本里出现过的一个电路，但在仿真的过程中却发现无法实现设计所要求的功能，之后我便和其他同伴互相交流了各自的想法，认定此电路只能实现部分要求。随后我们重新设计了新的电路并成功的进行了仿真。之后的焊接与调试同样是在小组成员默契的配合与坦诚的交流中逐步完成的。再次是展示自我的能力。由于这次的实习添加了答辩的环节，因此也就给了我们一个展现自己的舞台。我们阐述自己的设计原理并对