热敏电阻温度传感器设计

1、 实验报告题 目：温度传感器设计 院 （系）：电子工程与自动化学院 专 业： 自动化 学生姓名： 刘家豪 学 号： 1300840218 指导教师： 龙 超 职 称： 高级实验师 2015年11月 9日摘 要 随着人们生活水平的提高，人们对各种测量器具的智能化、多功能化提出了更高的要求，而电子技术的飞速发展使得传感器在各种测量产品领域中的应用越来越广泛。人们开发出来的各种传感器作为测量产品的主要部分，使各种测量产品更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这是测量产品的发展方向和趋势所在。有的测量产品要求测量温度、测量光强度、测量湿度等，需要增加报警和开关控制等功能。传感器（英

2、文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，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。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。传感器在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基

3、础。温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。本次设计热敏电阻选择负温度系数热敏电阻器（NTC

4、）。本设计以热敏电阻为感温元件，根据电路中热敏电阻的阻值随温度变化而变化，导致电压输出发生变化，达到测量目的。经过调试，本设计具有较好的性能与稳定性，符合设计要求。关键词：传感器，热敏电阻，温度传感器。目录引言11 课程设计概述11.1 课程设计题目11.2 主要仪器设备12 设计原理22. 1电桥32. 2放大电路43 调试方法及其功能53. 1调试方法及其步骤：53. 2功能说明：64 制作过程65 结论75. 1测量结果75. 2结果分析7谢 词8参考文献9附 录10引言 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就

5、远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。本课程设计题目为以热敏电阻为核心，设计一个温度传感器，要求单电源供电，温度测量范围0-100度，电压输出0-5V。当热敏电阻处于0度环境中，要求电压输出为0V；当处于100度的时候，电压输出为5V。除此以外，还要保证线性度良好。本次设计方法，是根据电桥平衡输出零点，通过调节运放的放大倍数使输出电压要求最大值，并且增加报警器扩展部分的功能。1 课程设计概

6、述1.1 课程设计题目设计一个热敏电阻温度传感器，要求单电源供电，温度测量范围0-100度，电压输出0-5V。*扩展功能：当电压输出大于或等于5V时，报警器鸣响，报警灯亮。 1.2 主要仪器设备示波器1台直流稳压电源1台数字万用表 1个2 设计原理系统方框图：总的原理图：原理图分为三部分：1、电桥.2、放大电路.3、扩展功能.它们各有不同的功能，以下分别讲解这三部分的功能：2.1电桥电桥平衡电路如下：典型的电桥如上所示，4个臂R1、R2、R3、R4按顺时针方向排列。这里电源电压U=12V。电桥的输出为： R1*R3R2*R4 Uo=U（-） (R3+R4)(R1+R2)可见，电桥的平衡条件为：

7、R1*R3=R2*R4,此时，Uo=0。当0度时，根据热敏电阻的值，设定R2、R2、R3、R4阻值的大小，使得R1*R3=R2*R4，则此时电压输出为0V。当温度升高，热敏电阻阻值随温度升高而下降，使Uo输出不为零，此时根据放大电路放大Uo；当温度为100度时，调节放大电路的放大倍数使输出电压为5V。2. 2放大电路放大电路如下：本课设放大电路选择具有高输入电阻的查分比例运算电路，其中R5=R6，H2=H3。第一级电路为同相比例运算电路，利用叠加定理，可以求得Uout： R6+H3 Uout=（-） (U2U1) R6H2、H3用滑动变阻器代替，具有当热敏电阻温度为100度时，调节输出为5V。

8、从电路的组成可以看出，无论对于U1，还是对于U2，均可以认为输入电阻为无穷大。3 调试方法及其功能3. 1调试方法及其步骤：在0度温度下，调节电桥上的滑动变阻器，使电桥输出为0。在100度温度环境下，调节运放上的滑动变阻器，使放大电路输出为5V。至此，所有调试过程结束。3. 2功能说明：当把热敏电阻置于从0度到100度变化的环境中，放大电路输出为0V到5V之间，包括0V和5V。4 制作过程1 按照电路图，利用Protel DXP 2004E软件画出原理图、PCB图，按照尺寸将PCB布线图用复写纸画到覆铜板上；2 用直径为1.0mm的电钻钻头在PCB板上按位钻孔；3 按照之前的布线轨迹，用细毛笔

9、涂油漆的方法覆盖所有布线轨迹，描好后晾干，为了漂亮，还可以用小刀把线条修整齐；4 把以上步骤做好的板子放入三氯化铁溶液中，因为腐蚀的速度与腐蚀液的浓度，温度及腐蚀过程中采取抖动有关，因此为了保证制板质量及提高腐蚀速度，可以采用抖动和加热的方法；5 用溶液将板子腐蚀完毕后用自来水将板子冲洗干净；6 用洗甲水将板子上残留的油漆洗干净至露出覆铜；7 按照电路图，将相应的元件按照原图焊接到板子的相应位置；8 焊接完毕后，进行调试及测量，并对结果进行分析。5 结论5. 1测量结果0度40度100度热敏电阻20K12.8K2K理论值0V2V5V实际值0.01V2.01V5V5. 2结果分析测量出的电压输出值与理论值有些出入，分析原因可能及改进方法有以下几点：1.在万用表测量其输出电压时，不同的时刻读到的值不同，造成一定误差。可采用更精确的测量装置能减小误差。2.测温电路本身的非线性等原因。此项误差由电路设计保证，非常小，可以忽略不计。3.热敏电阻本身参数非线性。可以采用阻值随温度变化线性度更好的电阻。参考文献 1 童诗白、华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.20062 陈建远.传感器技术.机械工业出版社.20083 电路原理图与电路板设计教