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文檔簡介

-20-第1章 緒論1.1 課題背景溫度計是人類社會生產(chǎn)和生活中必不可少的一種測量裝置,在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和各種高新技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)和研究中,溫度也是一個非常關(guān)鍵的測量參數(shù)。因此,它的發(fā)展與各行業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)。目前,隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用,溫度計已向自動化、數(shù)字化方向發(fā)展,代表了溫度計量發(fā)展的最前沿。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們發(fā)明了各式各樣的,各種用途的溫度計,根據(jù)所用測溫物質(zhì)的不同和測溫范圍的不同,有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。近年來,隨著人們生活水平的不斷提高,數(shù)字化的不斷發(fā)展,數(shù)字溫度計的出現(xiàn)對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大影響。在國外,溫度計的發(fā)展始于1593年,由意大利科學(xué)家伽利略(15641642)發(fā)明了第一支溫度計,后來又相繼出現(xiàn)華氏溫度計、列式溫度計、攝氏溫度計,均用水銀和酒精等作為測溫物質(zhì)?,F(xiàn)在英、美國家多用華氏溫度計,德國多用列氏溫度計,而在世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,我國和法國等大多數(shù)國家多采用攝氏溫度計,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要,測溫技術(shù)也在不斷地改進和提高,測溫范圍變得越來越廣,精度越來越高?,F(xiàn)代化的溫度檢測手段能達到的精度、靈敏度及測量范圍等,在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。同時,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平又為溫度檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。目前溫度計的發(fā)展很快,從原始的玻璃管溫度計發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數(shù)字溫度計、電子溫度計等。溫度傳感器應(yīng)用非常廣泛,而溫度計中傳感器是它的重要組成部分,傳感器的精度靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。本文研究的數(shù)字溫度計,它是通過一定的電路和溫度傳感器進行測控,將溫度用數(shù)字準確的顯示出來,具有數(shù)據(jù)顯示直觀,測量精度高,測溫范圍廣等優(yōu)點。1.2 課題的目的和意義隨著科學(xué)技術(shù)日益迅速的發(fā)展,數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)深入到生活的各個方面。數(shù)字溫度表具有技術(shù)效果好,經(jīng)濟效益高,技術(shù)先進,造價較低,可靠性高,維修方便等許多優(yōu)點。數(shù)字溫度表擺脫傳統(tǒng)水銀溫度計在使用時的弊端,以其準確快捷的測量功能和清晰易懂的數(shù)字化顯示方便人們?nèi)粘I钍褂谩囟仁俏覀內(nèi)粘I钪袑崟r接觸到的物理量,但是它是看不到的,僅憑感覺只能估測到大概的溫度值。傳統(tǒng)的水銀溫度計雖然能指示溫度,但是精度低,反應(yīng)速度慢,誤差大,顯示不夠直觀。數(shù)字溫度計的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少。當前,主要溫度儀表,如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計等在技術(shù)上已經(jīng)成熟,但是它們只能在傳統(tǒng)的場合應(yīng)用,尚不能滿足簡單、快速、準確測溫的要求,尤其是高科技領(lǐng)域。因此,各國專家都在有針對性地競相開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊與實用測溫技術(shù),如采用光纖、激光及遙感或存儲等技術(shù)的新型溫度計已經(jīng)實用化。由于許多質(zhì)量高、價格低,使用簡單的傳感器和數(shù)字化測量儀表一起使用,以及微型計算機、微處理器和各種大規(guī)模集成電路的迅速普及,使今天的數(shù)字測量儀表遠優(yōu)于傳統(tǒng)的測量儀表。數(shù)字化測量是一種發(fā)展十分迅速的綜合性應(yīng)用技術(shù)。利用數(shù)字化測量儀表的計量技術(shù)、測量系統(tǒng),不但能可靠地獲得大量準確的信息,而且能極其迅速地對信號進行有效的處理,還可以實現(xiàn)自動化測量功能。因此作為自動化、智能化測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心的數(shù)字化儀器儀表,在我國現(xiàn)代化建設(shè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。本文介紹了利用集成溫度傳感器ad590設(shè)計并制作的一款基于4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計能有效克服傳統(tǒng)的缺點和不足,與傳統(tǒng)的溫度計相比,輸出溫度采用數(shù)碼管顯示,具有讀數(shù)方便、測溫穩(wěn)定準確、精度高、測量范圍廣、低能耗等優(yōu)點,很適合日常溫度的測量。1.3 課題的技術(shù)要求(1)利用溫度傳感器制作三位半數(shù)顯溫度表。(2)溫度的測量范圍:-30+100(243k373k)。(3)測量精度要求1。(4)利用電池供電。第2章 系統(tǒng)設(shè)計與方案論證2.1系統(tǒng)主體設(shè)計方案多數(shù)的數(shù)字溫度計采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器(如鉑電阻,熱電偶,半導(dǎo)體,熱敏電阻等),將隨溫度變化而變化的物理參數(shù),如膨脹、電阻、電容、熱電動勢、磁性、頻率、光學(xué)特性等通過溫度傳感器轉(zhuǎn)變成電信號的變化,如電壓和電流的變化,溫度變化和電信號的變化有一定的關(guān)系,如線性關(guān)系,曲線關(guān)系等,將電信號經(jīng)過放大電路放大后使之產(chǎn)生適合模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電信號,再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路即用a/d轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,數(shù)字信號送給驅(qū)動電路輸出,然后通過顯示單元,如數(shù)碼管或者lcd等顯示出來,這樣就完成了數(shù)字溫度計的基本測溫功能。本設(shè)計方案的核心是a/d轉(zhuǎn)換器icl7107,它包括了線性放大器、模擬開關(guān)、時鐘振蕩器、七段譯碼、顯示驅(qū)動器等部件。并且它是三位半雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器,屬于cmos大規(guī)模集成電路,最大顯示值為1999,最小分辨率為100v。能直接驅(qū)動共陽極led數(shù)碼管,不需要另加驅(qū)動器件,無需另行設(shè)計放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路等,使硬件電路的構(gòu)成大大簡化,減少了各級之間的干擾。系統(tǒng)主體設(shè)計原理圖如圖2-1所示。顯示電路驅(qū)動電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路放大電路測溫電路圖2-1 系統(tǒng)主體設(shè)計原理圖下面詳細地介紹了各部分的組成及設(shè)計原理。測溫電路主要是由溫度傳感器和與傳感器有關(guān)的電阻等組成,將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流或電壓的變化,輸出給下一級放大電路;放大電路主要由集成運放及其外接電容、電阻等組成,用以放大由測溫電路產(chǎn)生的微弱電信號,使之滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換電路工作需要的電壓或電流;模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由a/d轉(zhuǎn)換器構(gòu)成,將放大電路輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成能夠使驅(qū)動電路工作的數(shù)字信號;驅(qū)動電路由譯碼器及其外圍電路組成,用來驅(qū)動數(shù)碼管或lcd液晶屏等顯示器;顯示電路由七段數(shù)碼管或lcd液晶屏構(gòu)成,用來顯示當前所測環(huán)境的攝氏溫度值。2.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計方案系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法,系統(tǒng)硬件電路由符號顯示模塊、十位顯示模塊、個位顯示模塊、小數(shù)位顯示模塊、a/d轉(zhuǎn)換器模塊、測溫電路模塊、積分電路模塊、零點校準電路模塊、沸點校準電路模塊、時鐘振蕩電路模塊、負5v供電電路模塊等十一部分組成。系統(tǒng)硬件電路方框圖如圖2-2所示。十位顯示個位顯示符號位顯示小數(shù)位顯示 三位半a/d轉(zhuǎn)換器icl7107沸點校準電路測溫電路時鐘振蕩電路零點校準電路積分電路負5v供電電路圖2-2 系統(tǒng)硬件電路方框圖本章小結(jié) 本章介紹了數(shù)字溫度計的整體設(shè)計思路,并通過方案比較確定了最終的設(shè)計方案,由于引入了模塊化的設(shè)計思想,使各單元結(jié)構(gòu)明確,條理清晰,給后續(xù)的安裝和調(diào)試工作帶來了極大的方便。通過大量文獻和資料的查閱,本章介紹的數(shù)字溫度計中的溫度傳感器需要查傳感器應(yīng)用方面的知識,相關(guān)的熱偶傳感器和pn結(jié)傳感器等,通過了解這些傳感器可以深入了解溫度傳感器工作原理,在數(shù)字溫度計中的作用。接下來查閱的資料是關(guān)于數(shù)字電路這一塊,需要查閱的資料是數(shù)字電路中a/d轉(zhuǎn)換的原理,可以查閱的書籍有模擬電路、數(shù)字電路和實驗方面的書籍。繪制電路圖過程中,查閱關(guān)于cad的書籍等。 第3章 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計3.1 顯示電路的設(shè)計3.1.1 數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管,這兩種都是我們最常用的,八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多了一個小數(shù)點,除此之外,其它方面基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小led發(fā)光二極管,通過控制不同的led的亮滅來顯示出不同的字型。數(shù)碼管按發(fā)光二極管單元連接方式又分為共陰極和共陽極兩種類型,共陰極就是將八個led的陰極連在一起,讓其接地,這樣給任何一個led的另一端高電平,它便能點亮。而共陽極就是將八個led的陽極連在一起,形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到+5v,當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時,相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時,相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到地線gnd上,當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時,相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時,相應(yīng)字段就不亮。3.1.2 三位半數(shù)顯表工作原理三位半的意思是該表有三位可以顯示09的數(shù)碼管,還有一位最高位是只能顯示0和1,這個最高位如果是1,后三位是999,那么就是1999,約等于2000。最高位的權(quán)重是1000/2000即1/2。三位半數(shù)顯表是指最大顯示數(shù)為1999的儀表,“三”是指后面三位能顯示完全十進制(09)的數(shù)目,“半”是指1999進位后能達到的整數(shù)位“2”和首位數(shù)“1”即1/2,多用于集成電路icl7106或7107等專用ic設(shè)計。本文介紹的三位半數(shù)顯表由四個八段數(shù)碼管組成,用來顯示實測溫度,從低至高位依次為小數(shù)位、個位、十位、符號位。由于icl7107內(nèi)部具有譯碼驅(qū)動功能,所以不需另接譯碼器就能很好的控制led,以便實時顯示溫度值。采用led顯示方式,由于其具有亮度高、顯示醒目、使用壽命長、方便、價格低廉等優(yōu)點在工業(yè)用儀器儀表中得到廣泛應(yīng)用。圖3-1為利用四個數(shù)碼管組成的三位半數(shù)顯表電路圖。圖3-1 三位半數(shù)顯表電路圖3.2 a/d轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 3.2.1 icl7107 的特點與引腳功能 a/d轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計采用icl7107,它是三位半雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器,屬于cmos大規(guī)模集成電路,它的最大顯示值為士1999,最小分辨率為100v。能直接驅(qū)動共陽極led數(shù)碼管,不需要另加驅(qū)動器件,使整機線路簡化,采用士5v兩組電源供電,在芯片內(nèi)部從與com之間有一個穩(wěn)定性很高的2.8v基準電源,通過電阻分壓器可獲得所需的基準電壓。能通過內(nèi)部的模擬開關(guān)實現(xiàn)自動調(diào)零和自動極性顯示功能。輸入阻抗高,對輸入信號無衰減作用。整機組裝方便,無需外加有源器件,配上電阻、電容和led共陽極數(shù)碼管,就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。噪音低,溫漂小,具有良好的可靠性,壽命長。芯片本身功耗小于15mw(不包括led),不設(shè)有專門的小數(shù)點驅(qū)動信號。使用時可將led共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接,可以方便的進行功能檢查,icl7107引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 icl7107引腳圖和分別接電源的正極和負極;、分別為個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號,依次接各led數(shù)碼管的相應(yīng)筆畫電極;abk為千位筆畫驅(qū)動信號,接千位led數(shù)碼管;rm為led數(shù)碼管公共電極的驅(qū)動端,接led共陽數(shù)碼管的5腳和10腳;為時鐘振蕩器的引出端,外接阻容或石英晶體組成的振蕩器;第38腳至第40腳電容量的選擇按式(3-1)計算: =0.45/rc (3-1)com為模擬信號公共端,簡稱“模擬地”,使用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連;test為測試端,該端一般不用,使用時需經(jīng)過500 電阻接至邏輯電路的公共地,故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”;與為基準電壓正負端;與為外接基準電容端;27腳接積分電容器,必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件;和為模擬量輸入端,分別接輸入信號的正端和負端;az為積分器和比較器的反向輸入端,接自動調(diào)零電容,如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場合是使用0.47f,而2v滿刻度是0.047f;buf為緩沖放大器輸出端,接積分電阻,其輸出級的無功電流是100a,而緩沖器與積分器能夠供給20a的驅(qū)動電流,從此腳接一個積分電阻至積分電容器,其值在滿刻度200mv時選用47k,而2v滿刻度則使用470k。3.2.2 icl7107的工作原理 圖3-3 icl7107工作原理圖 圖3-3 icl7107工作原理圖雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器icl7107是一種間接a/d轉(zhuǎn)換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分,將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔,然后利用脈沖時間間隔,進而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。它的原理性框圖如圖3-3所示。它包括積分器、比較器、計數(shù)器,控制邏輯和時鐘信號源。積分器是a/d轉(zhuǎn)換器的心臟,在一個測量周期內(nèi),積分器先后對輸入信號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進行比較,比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信號。時鐘信號計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數(shù)。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅(qū)動器、控制器和鎖存器。分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻,得到所需的計數(shù)脈沖和共陽極led數(shù)碼管公共電極所需的方波信號。譯碼器為bcd七段譯碼器,將計數(shù)器的bcd碼譯成led數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應(yīng)編碼。驅(qū)動器是將譯碼器輸出對應(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方波。控制器的作用有三個:第一,識別積分器的工作狀態(tài),適時發(fā)出控制信號,使各模擬開關(guān)接通或斷開,a/d轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進行。第二,識別輸入電壓極性,控制led數(shù)碼管的負號顯示。第二,當輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號,使符號位顯示“1”,其余碼全部熄滅。調(diào)鎖存器用來存放a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果,鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動led 。3.3 測溫電路的設(shè)計3.3.1 溫標的基本概念物體的受熱程度通常用“溫度”來表征,用來衡量物體溫度的尺子稱為“溫度標尺”,簡稱“溫標”。它標定了溫度的零點和基本測量單位。目前國際上用得較多的溫標有熱力學(xué)溫標、國際實用溫標、攝氏溫標和華氏溫標。熱力學(xué)溫標和國際實用溫標的單位是k,攝氏溫標的單位是,華氏溫標的單位是。本系統(tǒng)作為一般的環(huán)境溫度測量使用,為更貼近人們?nèi)粘I盍?xí)慣一律采用攝氏溫標:作為溫度的基本表示單位。3.3.2 溫度傳感器的比較與選擇由于溫度傳感器的種類較多,同時針對本文設(shè)計的數(shù)字溫度計測量環(huán)境的需要,提出了以下四種選擇方案:方案一:采用集成電路溫度傳感器ad590,ad590為電流輸出型的集成溫度傳感器,它所流過的電流數(shù)值(微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數(shù),激勵電壓可以從+4v+40v,溫度范圍-55+150,標準輸出為1a/k的線性關(guān)系。因為是電流輸出,易于遠距離傳輸,不會因電壓降或感應(yīng)噪聲電壓影響而產(chǎn)生誤差,且ad590是半導(dǎo)體結(jié)效應(yīng)式溫度傳感器,它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍,利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值與熱力學(xué)溫度和通過發(fā)射極電流的關(guān)系實現(xiàn)對溫度的檢測,具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點,無需外部校準。方案二:采用pt100,它是一種使用比較普遍的溫度傳感器,精度比ad590稍差一些,誤差在0.5,用在一般電路上還是足夠了。測溫范圍是-50+150。它的工作原理是:在探頭里填充熱敏電阻材料,當外界溫度發(fā)生變化時,它的阻值會隨之改變。當溫度升高時,它的阻值會變大,后面的控制電路會根據(jù)相應(yīng)輸出的阻值不同,而驅(qū)動顯示相應(yīng)的溫度值,而且它與ad590相比,價格也便宜了許多。但它也有自己的缺點和不足,那就是靈敏度較差。當外界溫度變化較大時,熱敏電阻的阻值是緩慢變化的,而不能突變。所以到后面的驅(qū)動顯示需要一段時間,形成了測溫上的滯后。但對于那些要求不高的電路來說,這種溫度傳感器還是被廣泛使用的。方案三:采用kty10,這種溫度傳感器是目前比較高端的傳感器,它的精度非常高,誤差僅為0.1,且靈敏度很高,測溫范圍特別寬,能達-200+500甚至更寬。因為是高端器件,所以一般都用在要求很高的電路和設(shè)備上。而且它的價格十分昂貴,國產(chǎn)的就高達一百多元,進口的更是達到二三百元。因此對于普通的小型電路,根本無需這種高端傳感器。方案四:采用熱電偶溫差電路測溫,溫度檢測部分可以使用低溫?zé)崤?,熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成,熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓,便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用a/d 轉(zhuǎn)換器,將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來,進行a/d 轉(zhuǎn)換后通過顯示電路,就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬,且體積小,但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點。3.3.3 確定選擇方案在各種方案中,熱電偶由于熱電勢小,靈敏度低,熱電阻的非線性影響其精度,kty10溫度傳感器的成本高,且易受氧化影響。而ad590是單片集成溫度傳感器,測溫范圍為-55+150,利用半導(dǎo)體三極管的基極與發(fā)射極之間的電壓大約具有-2.2mv/的溫度系數(shù)實現(xiàn)溫度檢測,且ad590是電流型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品,除具有一般集成溫度傳感器的共同特點:靈敏度高、準確度高、體積小、電路接口方便、價格低廉、使用簡單等優(yōu)點外,還具有自身所特有的一些性能特點,主要表現(xiàn)在:測溫不需要參考點;工作電壓在430v時都能獲得穩(wěn)定的輸出信號,其線性電流輸出為1a/k;以熱力學(xué)溫標零點作為零輸出點,在25時的輸出電流為298.2a;因為對芯片進行了激光校正,其具有良好的互換性,且校準準確度可達0.5;使用時接口簡單;輸出阻抗高達10m以上,適用于遠距離溫度測量和計算機遠距離控制。經(jīng)過方案比較,綜合各種方案的優(yōu)缺點,最終確定選擇第一種方案。與后幾種方案相比,第一種方案中ad590是美國analog devices公司生產(chǎn)的二端式集成溫度傳感器,利用半導(dǎo)體的結(jié)效應(yīng),它所流過的電流數(shù)值(微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數(shù),激勵電壓可以從+4v到+30v范圍變化,測溫范圍-55+150完全能滿足技術(shù)要求。因為是電流輸出,易于遠距離傳輸,且不會因電壓降或感應(yīng)噪聲電壓影響產(chǎn)生誤差。3.3.4 ad590工作原理在被測溫度一定時,ad590相當于一個恒流源,把它和530v的直流電源相連,并在輸出端串接一個電阻。那么,此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比。其基本電路如圖3-4所示。runrv2i2v1i1v3v4輸出ies圖3-4 ad590內(nèi)部基本電路圖圖3-4是利用特性的集成pn結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中、起恒流作用,可用于使左右兩支路的集電極電流和相等;、是感溫用的晶體管,兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同,但實質(zhì)上是由n個晶體管并聯(lián)而成,因而其結(jié)面積是的n倍。和的發(fā)射結(jié)電壓和經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻r上,所以r上端電壓為。因此,電流按式(3-2)計算: r(ktq)(lnn)r (3-2)式中k為波爾茲曼常數(shù),q為電子電量。對于ad590,n8,這樣,電路的總電流將與熱力學(xué)溫度t成正比,將此電流引至負載電阻rl上便可得到與t成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性,所以輸出信號不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3-4中的電阻r是在硅板上形成的薄膜電阻,該電阻已用激光修正了其電阻值,因而在基準溫度下可得到1a的電流輸出。溫度檢測電路如圖3-5所示。圖3-5 溫度檢測電路圖3.4 積分電路的設(shè)計icl7107芯片的27、28、29腳組成積分電路,27腳接積分電容,典型值為0.22f 。29腳接自動調(diào)零電容(此元件宜選用無感式滌綸電容),28腳接積分電阻(積分電容和積分電阻應(yīng)保證質(zhì)量)。29腳為積分器和比較器的反向輸入端,接自動調(diào)零電容如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場合是使用0.47f,而2v滿刻度是0.047f,而本硬件電路顯示最大值為“-199”約等于200mv滿刻度,所以選用0.47f的電容。28腳為緩沖放大器輸出端,接積分電阻,其輸出級的無功電流是100a,而緩沖器與積分器能夠供給20a的驅(qū)動電流,從此腳接一個電阻至積分電容器,其值在滿刻度200mv時選用47k,而2v滿刻度則使用470k。其積分電路如圖3-6所示。圖3-6 積分電路原理圖3.5 零點校準電路的設(shè)計零點校準電路由a/d轉(zhuǎn)換器icl7107的30和31引腳外接0.01f電容、10k電位器、12k、10k電阻組成。溫度表在使用前要進行溫度校準,校準采用比較法。校準的過程是這樣的:電路連接好后,將溫度傳感器和標準溫度計放入冰水混合物中。等待一段時間,當數(shù)碼管顯示值穩(wěn)定后微調(diào)電位器rp1,使溫控表讀數(shù)為“00.0”。然后將溫度傳感器移出,等待一段時間,重新插入冰水混合物中,這樣反復(fù)進行幾次,校準就完成了。經(jīng)過校準后,溫度測量更加準確,系統(tǒng)性能穩(wěn)定。其電路如圖3-7所示。圖3-7 零點校準電路圖3.6 沸點校準電路的設(shè)計沸點校準電路由a/d轉(zhuǎn)換器icl7107的32、35和36腳外接10k電位器、10k電阻組成。沸點校準電路的設(shè)計同零點校準電路類似,在使用前同樣要進行沸點溫度校準,校準同樣采用比較法。校準的過程如下:電路連接好后,將溫度傳感器和標準溫度計放入100沸水中。等待一段時間,當數(shù)碼管顯示值穩(wěn)定后微調(diào)電位器rp2,使溫控表讀數(shù)為“100.0”。然后將溫度傳感器移出,等待一段時間,重新插入100沸水中,這樣反復(fù)進行幾次,校準就完成了。經(jīng)過校準后,溫度測量更加準確,系統(tǒng)性能穩(wěn)定。其電路如圖3-8所示。圖3-8 沸點校準電路圖第4章 整機電路的工作原理4.1 整機電路圖圖4-1 整機電路原理圖4.2 整機電路工作原理整機電路由符號顯示電路、十位顯示電路、個位顯示電路、小數(shù)位顯示電路、a/d轉(zhuǎn)換器電路、測溫電路、積分電路、零點校準電路、沸點校準電路、時鐘振蕩電路、負5v供電電路等十一部分組成。利用集成溫度傳感器ad590內(nèi)部半導(dǎo)體的結(jié)效應(yīng),它所流過的電流數(shù)值(微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數(shù),激勵電壓在+4v+30v之間,所以整機電路的電源采用四節(jié)干電池供電,電壓為6v,測溫范圍為-55+150,標準輸出為1a/k的線性關(guān)系。當溫度傳感器ad590感應(yīng)外界的溫度變化后,流經(jīng)它

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