温度测量仪说明书详解

1、湖南工学院课程设计说明书课 题：温 度 测 量 仪专业名称：电气工程及其自动化学生班级：电气 本 1 1 0 1班学生姓名：吕 璇学生学号： 11401240102小组成员：徐露、蒋 丹、吕 璇指导教师： 龙 卓 珉30课程设计任务书一、课程设计的任务和目的学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题， 巩固和运用在 模拟电子技术 中所学的理论知识和实验技能， 掌握常用模拟电路的一般设计方法， 提高设计能力和实践动手能力， 为以后从事电子电路设计、 研发电子产品打下良好的基础。二、课程设计的基本要求1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电

2、路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方； 对设计中遇到的问题， 能通过独立思考、 查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、 再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障； 能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正

3、确的生产观、经济观和全局观。第一章 绪论 51. 1 课题 研究背景和意义 51.2 本人 主要工作 5第二章 方案设计 72.1 基本原理 72. 2 温度 传 感 器 的 选 择 72.3 AD590 温度传感器的简介7第三章 电路设计 93. 1单元电路设计 93. 1.1温 度 电 压 变 换 电路 93. 1.2K 变 换 器 93. 1.32. 732V 电压产 生电路 93. 1. 4放大 器 103. 1. 5比较 器 114. 1.6驱动电路 113.2 整体电路图设计13第四章 仿真与制作 144.1 电路仿真 144.2 PCB 电路板制作174.2.1 protell使

4、用简要说明 174.2.2 绘制 SCH 原理图 174.2.3 做 SCH 零件库元件204.2.4 做 PCB 零件封装 204.3 温度测量仪的调试 221 .3.1 调试要点和注意事项 224 . 3. 2 实 物 的 调 试 22第五章结束语 23第六章参考文献 24附录 A 元件清单 25附录 B 实物图 26第一章 绪论1.1 课题研究背景和意义温度是表示物体冷热程度的物理量， 微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中，温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上，也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的冥王星上，这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差别。温度和人类的生产

5、、 生活有着密切的关系， 同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响， 所以对温度的检 测及控制就非常有必要了。温度是工业农业生产不可缺少的因素， 但传统的方法是用温度表、 双金属式测量计等测试器材， 通过人工进行检测， 对不符合温度要求的库房进行通风、 去 湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度误差大，随机性大。 含有微型计算机或微处理器的测量仪器， 由于它拥有对数据存储， 运 算逻辑判断及

6、自动化的功能， 有着智能作用。 随着生产的发展， 一个低成本和具 有较高精度的温度测量仪在许多领域会代替人工操作， 自动控制各种仪器调整环 境温度。 目前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量， 而且温度信息 传递不及时， 精度达不到要求， 不利于控制者根据温度变化及时做出决定， 为此， 本设计开发了一种能够同时测量多点， 并实时性高、 精度高， 能够综合处理多点 温湿度信息， 并能进行温湿度控制的测控产品。 总之， 环境温度的检测与调节仪 器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。本文设计了一个基于集成温度传感器AD590的温度测量仪设计，它的主要功能是利用集成温度传感器AD590

7、集成运放UA741，设计了一个能够根据设定温度 报警的电路。其中AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温 度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。1.2 本人主要工作1设计原理电路图 ,2根据所设计的电路图利用 protel 画出原理图，3在原理图的基础上利用 protel 作出 pcb 板电路封装图。第二章方案设计2.1 基本原理图2.1温度测量仪原理框图2.2 温度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特 性制成的测温元件。现应用较多的有铝、铜、锲等热电阻。其主要的特点为精度 高、测量范围大、便于远距离测量。柏的物理

8、、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好， 电阻率较高，因此，铝电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。 缺点是价格 贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按 IEC标准测 温范围-200650C,百度电阻比 W(100) =1.3850时，R0为100Q和10Q ,其 允许的测量误差 A级为土(0.15C + 0.002 |t| ), B 级为土( 0.3 C+0.005 |t| )。铜电阻的温度系数比柏电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小， 在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于 -50180c测温。方案二：采用AD590温度传感器。它是一

9、种已经IC化的温度感测器，它会 将温度转换为电流。它的测温范围为-55C+150C,而且精度高。其中M档精 度最高，在-55C+150C范围内，非线性误差为 0.3 C。AD590可以承受44V 正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590最重要的特性是： 度每增加1C,它会增加1A输出电流。AD590的接口电路十分简单，不需要外 围温度补偿和线性处理电路，便安装调试。比较方案一和二，方案二更适合本设计的温度测量仪。2.3 AD590温度传感器的简介AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。AD590的主要特性如下： 流过器件的电流等于器件所处环

10、境的热力学温度(开尔文)度数。 AD590的测温范围为-55 C-+150Co AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA相当于温度变化1K。AD59CM以承受44V正向电压和20V反向电压, 因而器件反接也不会被损坏。 精度高。AD590#有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55 C +150C范围内，非线性误差为 0.3 C。AD590S重要的特性是：度每增加1C,它会增加1仙A输出电流。AD590的接口电路十分简单，不需要外围温度补偿和线性处理电路，便安装调试。AD590的管脚图及元件符号如下图 2.2和图2.3所示。图2.2 AD59

11、0管脚（第三个脚可以不用，是接外壳做屏蔽用的）图2.3 AD590元件符号（1管脚接电源；2管脚输出电流）AD590基本应用电路如下图所示。VuuAE590lokTIo图2.4 AD590基本应用电路在图2.4中，经过实验测得AD590输出电流I与摄氏温度T与输出电压U及 开尔文温度K的关系如下：在TC时，其/U出电流Io= （273.2+T） A(2.2.1 )第三章电路设计3.1单元电路设计3.1 .1温度一电压变换电路图3-2 K C变换电路R= 10 KQ 贝U uo1 =10mV/K 。如图3-1所示图3-1温度一电压变换电路如图3-1所示。由图可得：uo1 =1NA/K mR =

12、Rm10）K 可取3.1.2 K C变换器如图3-2所示，因为AD590的温控电流值是对应绝对温度 K,而在设计中需要采用C,由运放组成的加法器可以实现这一转换，参考电路如图3-2所示。可得（3.1.1 ）实际应用中可取计算得R=3.3k则式（3.1.1）可变为U2=UR-U1（3.1.2 ）元件参数的确定和一Ur选取的指导思想是：0c （即273K）时，综合式（2.2.1）,可得UR = 2.73V。（ 3.1.3 ）3.1.3 2.732V 电压产生电路JOK5OK4(Jd =Z 7 32V图3-3 2732V 电压产生电路由于开尔文温度和摄氏温度有一个273.2的差值，所以利用加法器来消

13、除2.732V的电压，也就完成了 K-C转换。3.1.4 放大器如图3-4所示 输出U03满足100mV/C。设流经R4,R6的电流分别为。由虚断的概念可知，所以彳4出：(3.1.(4)为了提供一个合适的静态偏置，以及减小输入级偏置电流引起的运算误差，故在其同向端接入一个平衡电阻(3.1.(5)要使 满足100mV/C,又因为，由式(3.1.4)可得我们可取图3-4放大器电路3.1.5比较器图3-5 比较器图3-6驱动电路由电压比较器组成，如图3-5所示。Uref为报警时温度设定电压5V, R3,R4用于稳定输入电压。Rf2用于改善比较器的迟滞特性，R5用于报警设备的输入电 阻，用来控制输入电

14、流的大小。这些电阻决定了系统的精度由比较器的虚短和虚断概念得(3.1.(6)经过调试，可取3.1.6驱动电路如图3-6所示，根据电压比较器的输出u4,接到驱动电路。温度小于设定值前发光二极管应处于熄灭状态，反之,为点亮。当U 3的值小于Uref的值时, U 4 输出为低电平，三极管截止，发光二极管无响应。当U 4的电压值大于Uref时，U 4输出为高电平，三极管导通，此时发光二极 管发光，产生警报.3.2 整体电路图设计图3-7温度测量仪EW助真电路图第四章仿真与制作4.1 电路仿真仿真电路如图4.1.1,4.1.2 和4.1.3所示其中，图4.1.1是温度未达警戒线50c的仿真电路；图4.1

15、.2是温度刚好为50c的仿真电路；图4.1.3是温度超过警戒线50c的仿真电路。1. sxEuo 工rljf图 4.1.127c时CMMowngOXOOL esmII-I1 +I2LuqoXOOL1图 4.1.250 C时ss1LEqQXOL胃 Pis一.,=EisMO 虫0工0q5Arslgs% rT- 邕0吉=LSS1 Ess-图 4.1.360 c 时E 二7三0占占nk5E9OL仿真结果及其分析由图4.2.1可以看出：当恒流源取300uA （300K）时，转化为温度是 300-273=27，而 U 3的电压值大约为2.7V ， 即仿真所得的实际结果与理论相同。由图4.2.2可以看出：当

16、恒流源取323uA （323K0时，转化为温度是 323-273=50 C ,而U3的电压值大约为5V,即仿真所得的实际结果与理论相同。由图4.2.2可以看出：当恒流源取333uA （333K0时，转化为温度是333-273=60，而 U 3的电压值大约为6.0V ， 即仿真所得的实际结果与理论相同。所以，仿真成功，可以通过此装置测得温度。4.2 PCB 电路板制作4.2.1 protel 使用简要说明一 原理图设计模块（ Schematic 模块）电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件， 电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线路和结点组成。该原理图是由 Schemati

17、c模块设计完成的。 Schematic 模块具有如下功能：丰富而灵活的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。二印制电路板设计模块（PC暇计模块）印制电路板（PCB制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。设计了电路原理图后， 需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图， 然后在根据制板图制作具体的电路板。 印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点： 可完成复杂印制电路板（PCB的设计；方便而又灵活的编辑功能；强大的设计自动化功能；在线式库编辑及完善的库管理；完备的输出系统等。4.2.2 绘制SCH理图步骤：1. 建立原理图纸2. 选择图纸样式3. 定位

18、元件和加载元件库及放置元件4. 设置元件的格式及名称编号5. 生成网络表格原理 如 4-2-1图4-2-1温度测量仪protel原理图6.把SCHt件变成PCBK,摆放好原件并进行布线4.2.3 做SCH#件库元件1 .先来打开SCH&件，选中教学提供的那个SCHt件库，然后选编辑，进 入SCH?件编辑器；2 .在这个现有的库中新建一个SCH零件，单击“ Tools”工具条，NewComponent 选项；3 .要注意SCH?件的管脚的电气连接有效点是有讲究的！4 . 给零件库中的零件改名字，单击“ Tools ”工具条吗， RenameComponent 选项；5 . 保存做好的元件。4.2

19、.4 做PC瞄件封装打开PCB选择PC匪寸装库，按图选择编辑按纽进入 PCBM装编辑器；1. 转换制式，改为公制：单击“ View，选择Toggle Units ；2. 新建一 PCB封装：单击 “Tools、“ New Component选项；3. 弹出一 Component Wizard 工具框 , 选择“ Cancel ” ；4. 把封装的起始位置定位为绝对中心：单击 Edit选项卡，选择“Jump再选“ Reference ”选项；5. 做封装时，重点注意焊盘的名称中文注释；6. 单击“ Reports ”中的“ Measure Distance ”选项测量封装的尺寸是否精确；7. 完

20、成封装。PCBft路封装图 如图4-2-2所示图4-2-2 PCB电路封装图4.3 温度测量仪的调试1 .调试要点和注意事项：用温度计测传感器处的温度 T(C)如T=27C (300K)。若取R0=10KQ,则 U1=3V调整Ur的值使U2=-270mV,若放大器的放大倍数为10倍，则放大器的 输出U3应为2.7V。测比较器的比较电压U2值,使其等于所设定的温度乘以0.1V, 如设定温度为50，则值为5V 。比较器的输出可接发光二极管。把温度传感器加热(可以电吹风吹)在温度小于设定值前发光二极管应处于熄灭状态，反之， 为点亮。2 . 实物的调试：温度测量仪测试：经过温度计的测试已知电吹风分为三

21、个档次的风力，且风力分别大约等于 25、 50、 60， 所以我们决定使用电吹风的风热吹到 AD590 上。将电吹风对着AD590吹小风，即当恒流源取300uA (300K)时，转化为温度 是 300-273=27，而所测U 3 的电压值为2.53V ，与已知的理论值2.7V 不符合，调节电路板上电位器使U 3 的值大约为 2.7V 即可。电吹风吹中档风，即当恒流源取323uA (323K)时，转化为温度是323-273=50C,而U 3的电压值4.13V,与已知的理论值不符合，调节其电位器使U 3 的值大约为 5V 即可。当电吹风开到最大档风力，即当恒流源取333uA(333K)时，转化为温度是333-273=60 C ,而U3的 电压值大约为5.99V,与已知理论值基本6V相同，所以，调试成功，可以通过 此装置测得温度。第五章 结束语本次课程设计完成的是基于集成温度传感器AD590 的温度测量来报警的设计， 并通过发光二极管是否发光来判断是否超过预置的温度。 通过近半个月的不断努力， 最终实现了任务目标。 本次设计主要是对在温度测量的智能化、 集成化方面的探索， 这也是温度测试发展的趋势。 同时， 也是测控技术未来发展的趋势。设计是理论知识与实践的完美结合， 对于现代大学生的实践能力是个很好的 培养。短短的半个月的时间里，我的主要工作是绘制原理图和制作PC