濕度傳感器課程設(shè)計(jì)(共17頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 濕度傳感器的功能及其原理濕度是表示空氣中水蒸氣含量的物理量，它與人們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。濕度的檢測(cè)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技、生活等各個(gè)領(lǐng)域。例如，集成電路的生產(chǎn)車(chē)間相對(duì)濕度低于30%時(shí)，容易產(chǎn)生靜電感應(yīng)而影響生產(chǎn)；粉塵大的車(chē)間由于濕度小產(chǎn)生靜電易發(fā)生爆炸；紡織廠的濕度低于6570%RH時(shí)會(huì)斷線。可見(jiàn)，濕度測(cè)量在各個(gè)行業(yè)都是至關(guān)重要的。在現(xiàn)代社會(huì)信息科技的不斷迅速發(fā)展中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器技術(shù)的高速更新，使得濕度的測(cè)量正朝著自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。隨著2011年物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，傳感器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的最前端感知層，在其發(fā)

2、展中占了舉足輕重的地位。而濕度作為日常生產(chǎn)、生活中最重要的參數(shù)之一，它的檢測(cè)在各種環(huán)境，各個(gè)領(lǐng)域都對(duì)起了重要作用。測(cè)量電路由濕度傳感器，差動(dòng)放大器，同相加法放大器等主電路組成；為了實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能，選擇鉑電阻溫度傳感器采集環(huán)境溫度，通過(guò)轉(zhuǎn)換電橋和差動(dòng)放大，輸入同相加法器實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算，補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)濕度傳感器的影響，其中轉(zhuǎn)換電橋工作電壓由差動(dòng)放大器輸出電壓通過(guò)電壓跟隨器提供。應(yīng)用IH3605型溫度傳感器與集成運(yùn)放設(shè)計(jì)測(cè)量濕度的電路，測(cè)量相對(duì)濕度(RH)的范圍為0%l00%，電路輸出電壓為010V。要求測(cè)量電路具有調(diào)零功能和溫度補(bǔ)償功能。使用環(huán)境溫度為085。第二章 課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)2.1

3、 課程設(shè)計(jì)的要求1.根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱參考資料。2.進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及可行性論證。3.確定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出電路原理框圖。4.設(shè)計(jì)每一部分電路，計(jì)算器件參數(shù)。5.總結(jié)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2.2 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)1.濕度測(cè)量范圍：0100RH；2.使用環(huán)境溫度范圍：085； 3.輸出電壓：010V；4.非線性誤差：±0.5。第三章 總方案及原理圖3.1 電路設(shè)計(jì)總方案測(cè)量電路由濕度傳感器，差動(dòng)放大器，同相加法放大器等主電路組成；為了實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能，選擇鉑電阻溫度傳感器采集環(huán)境溫度，通過(guò)轉(zhuǎn)換電橋和差動(dòng)放大，輸入同相加法器實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算，補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)濕度傳感器的影響，其中轉(zhuǎn)換電橋工作電壓由差動(dòng)放

4、大器輸出電壓通過(guò)電壓跟隨器提供。3.2 電路設(shè)計(jì)原理框圖圖3-1 原理框圖第四章 各組成部分的工作原理4.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大器:是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分的電路。采用差動(dòng)放大器電路，有利于抑制共模干擾和減小漂移。圖4-1 差動(dòng)放大電路4.2 溫度補(bǔ)償電路濕度傳感器具有正或負(fù)的溫度系數(shù)，其溫度系數(shù)大小不一，工作溫區(qū)有寬有窄。所以要考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。   對(duì)于半導(dǎo)體陶瓷傳感器，其電阻與溫度的的關(guān)系一般為指數(shù)函數(shù)關(guān)系，通常其溫度關(guān)系屬于NTC型，即    &

5、#160;          H：相對(duì)濕度； T：絕對(duì)溫度；       R0：在T=0相對(duì)濕度H=0時(shí)的阻值；       A：濕度常數(shù)；B：溫度常數(shù)。       溫度系數(shù)      濕度系數(shù)       濕度溫度系數(shù)

6、0;      若傳感器的濕度溫度系數(shù)為0.07RH/，工作溫度差為30，測(cè)量誤差為0.21RH/，則不必考慮溫度補(bǔ)償；若濕度溫度系數(shù)為0.4RH/，則引起12RH/的誤差,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在考慮到對(duì)濕度傳感器進(jìn)行線性處理和溫度補(bǔ)償，常常采用電橋放大電路構(gòu)成濕度測(cè)量電路。由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱(chēng)為電橋放大電路。電橋放大電路應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸

7、出放大了的電壓信號(hào)。 -+NR2=R1uoR1uR (1+)uaubRRR 圖4-2 差動(dòng)輸入電橋放大電路4.3 加法比例運(yùn)算電路運(yùn)算放大器在各種測(cè)量線路中完成信號(hào)調(diào)理和運(yùn)算功能。當(dāng)今，第四代運(yùn)算放大電路已經(jīng)非常接近理想放大器特性運(yùn)算放大器加法比例運(yùn)算電路可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的求和以及放大。uoR2R3R1Rf+u i1ui2-u+ 圖4-3 加法比例運(yùn)算電路取=，則uo=(1+)(ui1+ui2)當(dāng)R2=R3時(shí)，uo=（1+)(ui1+ui2)第五章 電路的設(shè)計(jì)、電路各部分工作特性及元件的作用5.1 電源的選擇       一切電阻式濕度傳

8、感器都必須使用交流電源，否則性能會(huì)劣化甚至失效。 電解質(zhì)濕度傳感器的電導(dǎo)是靠離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，在直流電源作用下，正、負(fù)離子必然向電源兩極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電解作用，使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下，正負(fù)離子往返運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生電解作用，感濕膜不會(huì)被破壞。 交流電源的頻率選擇是，在不產(chǎn)生正、負(fù)離子定向積累情況下盡可能低一些。在高頻情況下，測(cè)試引線的容抗明顯下降，會(huì)把濕敏電阻短路。另外，濕敏膜在高頻下也會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)，阻值發(fā)生變化，影響到測(cè)濕靈敏度和準(zhǔn)確性。 5.2 差動(dòng)放大電路 圖 5-1 方案的差動(dòng)放大電路選擇VS、Rl、ICl、R2、RP1確定電源電壓。因?yàn)檩敵鲭妷篣o=10V，電源電壓取15

9、V。由ICl、R2、RP1組成調(diào)零電路。由VS、R1組成傳感器電源(5V)，給傳感器和調(diào)零電路供電。VS選用MTZJ5 IB型穩(wěn)壓二極管，Uz=5.IV，Iz=5mA，則R1=(UccUz)/Iz=(155.1)(5×103)=l.98k取系列值2k。ICl選用LM385型基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓Uref=l.235V，工作電流為10A20mA，取工作電流I=lmA，則R2=(UzUref)/I=(5.11.235)(1×103)=3.865k取系列值3.9k。為使RPl支路耗電小，令通過(guò)其電流為0.2mA，則RPl=1.235(0.2×103)=6.175k 取系列

10、值6.8k。當(dāng)相對(duì)濕度為0時(shí)，調(diào)節(jié)RPl，使Uo1=0V。選擇IC2IC5、R3R6、RP2。IC2IC5選擇7F324型四運(yùn)放。由IC2等組成差動(dòng)放大器后有如下關(guān)系式，即R3=R4R5+(RP2/2)=R6，放大倍數(shù)KF2= R5+(RP2/2)R3，令R3= R4=10.0 k，在25、100%(RH)時(shí)，傳感器輸出電雎為4.02V，調(diào)零后，Ui=4.020.8=3 22V，Uo1應(yīng)為10V。 R5+(RP2/2)=KF2×R3=(Uo1Ui)R3=(10/3.22)×10.0=31.06k取R5=27k則：RP2=2(31.0627)=8.12k取系列值8.2kR6=

11、R5+(RP2/2)=31.06k取E192系列3l.2 k5.3 溫度補(bǔ)償電路 圖5-2 方案的溫度補(bǔ)償電路圖中電路選用了R11R16、RP3、RP4、Rt。a）選擇Rt 、R11、R12、RP3。由IC4、IC5及R11R16、RP3、RP4、Rt組成溫度補(bǔ)償電路。其中，R11、R12、RP3、Rt可組成溫度補(bǔ)償電橋。Rt選擇EL700型鉑金電阻溫度傳感器，Rt Ro(1+2t)。式中，2=0.00375/，Ro=1000，Rt的工作電流推薦值為lmA。IC4為電壓跟隨器，8腳輸出電壓U8的最大值為10V，令R11= R12=10k。t=25時(shí)，Rt的值為R25，R25=1000(1+0.

12、00375×25)=1093.75。取RP3=1.5k，調(diào)節(jié)RP3，使Ra=R25=1093.75，則Uo2=0V。b）計(jì)算有關(guān)參數(shù)KF2=R5+(RP2/2)/R3=27+(8.22)10=3.11t=85、RH=100%時(shí)，Rt的值為R85，即，R85=1000(1+0.00375×85)=1318.7U8=Uo1=KF2Ui=3.11×(3.500.8)=8.397VUi1=U8Ra(R12+ Ra)=8.397×1093.75(10×103+1093.75)=0.8279VUi2= U8R85(R11+ R85)=8.397×

13、1318.7(10×103+1318.7)=0.9783VUo2為溫度補(bǔ)償電壓。當(dāng)t=85、RH=100%時(shí)，Uo1=8.397V，要求電路輸出10V，則補(bǔ)償電壓Uo2=108.397=1.603V。由IC5組成差動(dòng)放大器，其放大倍數(shù)為KF5，即，KF5= Uo2（Ui2Ui1)=1.603(0.97830.8279)=10.66取KF5=15。c） 選擇R13R16、RP4。由IC5組成差動(dòng)放大器后有如下關(guān)系式，即，R13= R15，R14= R16，KF5=R14R13，R14= KF5R13 =15Rl3，取R13= R15=10k，R14=15×10=150k，R1

14、6= R14=150k。當(dāng)t=85、RH=100%時(shí)，Uo2的實(shí)際值為，Uo2= KF5（Ui2Ui1)=15(0.97830.8279)=2.256V設(shè)通過(guò)RP4支路的電流為1mA，則RP4=2.256(1×103)=2.256k，取系列值2.2k5.4 加法比例運(yùn)算電路 圖5-3 方案的加法比例運(yùn)算電路方案中選擇了R7、R8、R9、R10。由IC3組成同相加法器。令R7=R8=R9=R10=10k，在85、100%的相對(duì)濕度時(shí)，調(diào)節(jié)RP2使Uo1=8.379V，調(diào)節(jié)RP4使Uo=10V。第六章 總原理圖圖6-1 方案的總電路圖第七章 結(jié)論 濕度傳感器是指檢測(cè)外界環(huán)境濕度的傳感器，

15、它將所測(cè)環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄的電信號(hào)等。它是一類(lèi)重要的化學(xué)傳感器，在倉(cāng)貯、工業(yè)生產(chǎn)、過(guò)程控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、家用電器、氣象等方面有著廣泛的應(yīng)用。濕度傳感器是由濕度敏感元件、變換元件和測(cè)量電路三部分組成。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的基于濕度傳感器的測(cè)量電路主要由濕度傳感器、差動(dòng)放大器、同相加法放大器等主電路組成。為了實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能，選擇鉑電阻溫度傳感器采集環(huán)境溫度，通過(guò)轉(zhuǎn)換電橋和差動(dòng)放大，輸入同相加法器實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算，補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)濕度傳感器的影響，其中轉(zhuǎn)換電橋工作電壓由差動(dòng)放大器輸出電壓通過(guò)電壓跟隨器提供。因此，在使用環(huán)境溫度為085下，本設(shè)計(jì)可通過(guò)010V的輸出電壓達(dá)到測(cè)量相對(duì)濕度(RH)范圍為

16、0%l00%。參 考 文 獻(xiàn)1 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)·高教出版社.20052 趙負(fù)圖主編.傳感器集成電路手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.20023 張友漢主編.電子線路設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).福建科學(xué)技術(shù)出版社.20004 李萬(wàn)臣主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)(第一版)·哈爾濱工程大學(xué)出版社·20015 張國(guó)雄主編.測(cè)控電路第四版.機(jī)械工業(yè)出版社.20116 趙寶貴主編.新編傳感器設(shè)計(jì)手冊(cè)中國(guó)計(jì)量出版社2002年心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了濕度傳感器的測(cè)量電路的設(shè)計(jì)原理，和其中各單元電路、元器件的參數(shù)、功能和具體設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程。將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)測(cè)控電路這門(mén)課程有了充分的理解。濕度測(cè)量在現(xiàn)代信息社會(huì)中占著重要