NTC溫度監(jiān)測(cè)及控制電路

1、大慶石油學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目NTC溫度監(jiān)測(cè)及控制電路院系電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化系專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化07-2班學(xué)生姓名 李連會(huì)學(xué)生學(xué)號(hào) 0215指導(dǎo)教師徐建軍高金蘭2009年6月29日大慶石油學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目NTC溫度監(jiān)測(cè)及控制電路專業(yè) 自動(dòng)化 姓名 李連會(huì) 學(xué)號(hào) 0215主要內(nèi)容：運(yùn)用雙臂電橋、差動(dòng)集成運(yùn)放、滯回比較器設(shè)計(jì)溫度監(jiān)測(cè)及控制電路。基本要求：(1)、檢測(cè)電路采用熱敏電阻 Rt (NTC作為測(cè)溫元件。(2)、用100Q /2W的電阻元件作為加熱裝置。(3)、設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路和溫度控制電路。(4)、具有自動(dòng)指示“加熱”與“停止”功能。(5)、寫出完

2、整的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)調(diào)試總結(jié)報(bào)告。參考資料：1孫淑燕，張青.電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐指導(dǎo)書M.北京：中國(guó)電力出版社，.2劉潤(rùn)華,劉立山.模擬電子技術(shù)M.山東：石油大學(xué)出版社,2003.3廖先蕓，郝軍.電子技術(shù)實(shí)踐教程M.北京：石油工業(yè)出版社,.4汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社,.5彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)J.北京：高等教育出版社，1997.完成期限至指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)

3、誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽 錯(cuò)誤!未定義書簽2009年6月27日目錄1設(shè)計(jì)要求2方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路總體方案方框圖基本原理3總體方案的選擇和設(shè)計(jì)PTC溫度控制電路 NTC溫度監(jiān)測(cè)及控制電路 4單元電路的設(shè)計(jì)含有熱敏電阻的橋式放大電路 1、測(cè)溫電橋2、差動(dòng)放大電路滯回比較器輸出警報(bào)和控制電路 元件參數(shù)的計(jì)算及選擇1、差分放大電路2、橋式測(cè)溫放大電路 3、滯回比較器5總電路圖6總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄1設(shè)計(jì)要求運(yùn)用雙臂電橋、差動(dòng)集成運(yùn)放、滯回比較器設(shè)計(jì)溫度監(jiān)測(cè)及控制電路。(1)、

4、檢測(cè)電路采用熱敏電阻 Rt (NT。作為測(cè)溫元件。(2)、用100Q/2W的電阻元件作為加熱裝置。(3)、設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路和溫度控制電路。(4)、具有自動(dòng)指示“加熱”與“停止”功能。(5)、寫出完整的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。2方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路根據(jù)課題要求，電路主要包括四個(gè)部分。(1)由具有負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻(NT。為一臂組成測(cè)溫電橋的傳 感器，來(lái)測(cè)量溫度。(2)由差動(dòng)放大電路，將測(cè)得的溫度信號(hào)按比例放大。(3)測(cè)溫電橋輸出經(jīng)測(cè)量放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”“停止”信號(hào)。改變滯回比較器的比較電壓 U即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由 滯回比較器的滯回寬度確定。(4)滯回比較器輸出的

5、信號(hào)經(jīng)三極管放大后控制加熱器“加熱”與“停止”?？傮w方案方框圖圖1基本原理框圖基本原理基本原理框圖如圖1所示。采用負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測(cè)溫電橋，其輸出經(jīng)測(cè)量放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”與“停止”信號(hào)， 經(jīng)三極 管放大后控制加熱器“加熱”與“停止”。 改變滯回比較器的比較電壓 U即改變 控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬度確定。3總體方案的選擇和設(shè)計(jì)PTC溫度控制電路圖2 TC620結(jié)構(gòu)圖在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度升高而增加的熱敏電阻器成為正溫度系數(shù)熱敏電阻器，簡(jiǎn)稱PTC元件。TC620是一種新型智能溫度控制集成電路.其內(nèi)部主要由溫度傳感

6、器（ PTC 熱敏電阻）、基準(zhǔn)電壓源、溫度/電壓變換器、兩個(gè)帶滯回的電壓比較器及鎖存器 等組成。其主要特性參數(shù)為：工作電壓范圍 4. 5V18V；最大士作電流200mA 最大輸出電流可達(dá)1mA輸出阻抗400Q;測(cè)溫范圍-55C+125C；溫度測(cè)量 精度±3 C。TC620的實(shí)際結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。AA2及C組成低于溫度下限報(bào)警的輸出， A1、A及G組成高于溫度上限報(bào)警的輸出。C的輸出經(jīng)反相后與G的輸出一起作 為RS觸發(fā)器的輸入，由CONS輸出溫度控制信號(hào)。外接兩個(gè)電阻 &和Rh,其電 阻值的大小可由公式 Rh （Rl）=求出（式中T為絕對(duì)溫度）。從理論上講，恒定溫度是一個(gè)“點(diǎn)

7、”。實(shí)際上，為了防止頻繁的通斷信號(hào)而 損壞繼電器，恒定溫度應(yīng)是一個(gè)溫度區(qū)間，這個(gè)區(qū)間的溫度差值根據(jù)所要求的包 溫精度確定，如23C。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可根據(jù)恒定溫度選擇溫度上限電阻Rh,在以低于恒定溫度23c的溫度選擇溫度下限電阻 Rl。這樣，當(dāng)溫度高于上限時(shí)， 繼電器斷開（保溫）；當(dāng)溫度低于下限時(shí)，繼電器吸合，從而實(shí)現(xiàn)恒溫目的。NTC溫度監(jiān)測(cè)及控制電路如圖NTC溫度監(jiān)測(cè)及控制電路是由負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）R為一臂組成測(cè)溫電橋，具輸出經(jīng)測(cè)量放大器放大后由滯回比較器輸出“加 熱”與“停止”信號(hào)，經(jīng)三極管放大后控制加熱器“加熱”與“停止”。 改變滯 回比較器的比較電壓 U即改變控溫

8、的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回 寬度確定。差動(dòng)放大器輸出電壓Uo經(jīng)分壓后人組成的滯回比較器，與反向輸入端的參 考電壓U相比較。當(dāng)同相輸入端的電壓信號(hào)大于反相輸入端的電壓時(shí)，A輸入正飽和電壓，三極管T飽和導(dǎo)通。通過(guò)發(fā)光二極管LED的發(fā)光情況，可見負(fù)載的工 作狀態(tài)為加熱。反之，為同相輸入信號(hào)小于反相輸入電壓時(shí)，A輸出負(fù)飽和電壓， 三極管T截止，LED熄滅，負(fù)載的工作狀態(tài)為停止。調(diào)節(jié) Rw4可以改變參考電平， 也同時(shí)調(diào)節(jié)了上下門限電平，從而達(dá)到設(shè)定溫度的目的。4單元電路的設(shè)計(jì)含有熱敏電阻的橋式放大電路1、測(cè)溫電橋如圖3所示，由R、R、R、RWi及Rt組成測(cè)溫電橋，其中Rt是溫度傳感器。 其

9、呈現(xiàn)出的阻值與溫度成線性變化關(guān)系且具有負(fù)溫度系數(shù)，而溫度系數(shù)又與流過(guò)它的工作電流有關(guān)。為了穩(wěn)定 Rt的工作電流，達(dá)到穩(wěn)定其溫度系數(shù)的目的，設(shè) 置了穩(wěn)壓管D2o RWi可決定測(cè)溫電橋的平衡。1 KQ100/2W圖3測(cè)溫電橋電路Vcc +Rt6V2、差動(dòng)放大電路圖4差動(dòng)放大電路如圖4所示，由A及外圍電路組成的差動(dòng)放大電路，將測(cè)溫電橋輸出電壓! 按比例放大。具輸出電壓Uoi(R7 RW2)U ( )U A (R4R4R7Rw2R4R)(R5R)Ub當(dāng) R= R5, ( R7+RW2) =R時(shí)（1）UoiR-Rw2(Ub Ua)R4RW3用于差動(dòng)放大器調(diào)零。可見差動(dòng)放大電路的輸出電壓Ui僅取決于二個(gè)輸

10、入電壓之差和外部電阻的比值。滯回比較器圖5同相滯回比器圖6電壓傳輸性差動(dòng)放大器的輸出電壓U0i輸入由A2組成的滯回比較器滯回比較器的單元電路如圖 5所示，設(shè)比較器/&出高電平為 Uh,輸出低電平為UOl,參考電壓小加在反相輸入端當(dāng)輸出為高電平U0H時(shí)，運(yùn)放同相輸入端電位u HRfUR2RfR2 R2U 0HRf(2)當(dāng)Ui減小到使U+h= UR,即Ui utlR2Rf URf星uOHRf(3)此后，Ui稍有減小，輸出就從高電平跳變?yōu)榈碗娖?。?dāng)輸出為低電平U0L時(shí)，運(yùn)放同相輸入端電位U LRFUR2RfR2Rf UOL(4)當(dāng)Ui增大到使U+l=LR,即Ui UthR2RURRf0URf

11、 UOL(5)此后，Ui稍有增加，輸出又從低電平跳變?yōu)楦唠娖揭虼薝Tl和UTh為輸出電平跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，常稱UTl為下門限電平，UTh為上門限電平，而兩者的差值Ut5r-"l JUoh U°l )Rf(6)稱為門限寬度，它們的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)R/R F的比值來(lái)調(diào)節(jié)。圖6為滯回比較器的電壓傳輸特性。輸出警報(bào)和控制電路利用滯回比較器輸出的電壓UO2控制一個(gè)開關(guān)三極管使報(bào)警電路中的發(fā)光二 極管顯示不同的狀態(tài)（亮/滅），同時(shí)控制電流繼電器 KA,進(jìn)而控制加熱電路的導(dǎo)通和截止。調(diào)節(jié)滯回比較器的上下門限電平可控制三極管的開關(guān)時(shí)間，從而達(dá)到設(shè)定加熱溫度的目的。電路如圖 7UqQ+ 1

12、2V圖7輸出警報(bào)和控制電路元件參數(shù)的計(jì)算及選擇1、差分放大電路如圖4所示，令A(yù) B點(diǎn)分別接地， R RB 點(diǎn)接地：U 01= 42 Ua(7)R4A點(diǎn)接地：Uo'iRR2 r7R)Ub(8)R4(R5R)R(R2 R R)R2 R于是 Uoi U01 U01 27Ua(9)R(RR)R4設(shè)計(jì)要求差動(dòng)放大電路可將 A、B點(diǎn)電壓差A(yù)U按比例放大。即令R(Rw2 R7 E旦J。)R(R5 R )R4可得RRw2 R7選取 R=R=10KQ , R=1血,R=910KQ,貝1jRw2R-R790KQ2、橋式測(cè)溫放大電路將差動(dòng)放大電路的A B端與測(cè)溫電橋的A'、B端相連，構(gòu)成一個(gè)橋式測(cè)溫

13、 放大電路。選取常溫下Rt為1KQ的熱敏電阻，R=100KQ , R=20KQ , R=220KQ ,選定 室溫為平衡溫度，如圖3所示，即要求UA-Ub=0o即，-RR3Ri Rt Rwi R2 R3可得，（ RR3 R2 = QRt3、滯回比較器如圖8設(shè)定參考電平U=2V,運(yùn)算放大器 A選為A741o其輸出最大電壓為土13V,即比較器輸出低電平UO=13V,輸出高電平UOh=+13MUR=R10212求得，R4=16KQRs RSUOH1.89VR11Uol) 0.26V把上述各部分電路連接起來(lái)便構(gòu)成了完整的NT調(diào)度監(jiān)測(cè)及控制電路。其總2.15V上門限電壓 UTH=RSR11UR 0UOL

14、R11R11R R 下門限電壓UTL S 11URR11門限寬度 UT=UTh- UTl= (U OHR115總電路圖電路圖如附錄所示。6總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種音樂(lè)彩燈控制器。 應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)及在圖書館搜 集的資料，對(duì)題目所要求的電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。1、設(shè)計(jì)了兩種溫度控制電路進(jìn)行對(duì)比，方案一是利用PTC集成元件TC260進(jìn)行組配電路，方案二是利用NTCS敏電阻組配電路。方案一電路使用集成元件 相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。2、在方案二的設(shè)計(jì)中，用到了差分放大器、滯回比較器、測(cè)溫電橋等基本 電路。3、根據(jù)任務(wù)要求對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)相關(guān)元件進(jìn)行了選擇。4、為了做好這次的課程設(shè)計(jì)，要充分理解電路的任務(wù)

15、目的，先建立一個(gè)大 致的電路工作過(guò)程概念。然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)的分析，理論的驗(yàn)證，最終得出一套最優(yōu)的方案。參考文獻(xiàn)1孫淑燕，張青.電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐指導(dǎo)書M.北京：中國(guó)電力出版社,2劉潤(rùn)華,劉立山.模擬電子技術(shù)M.山東：石油大學(xué)出版社，2003.3廖先蕓，郝軍.電子技術(shù)實(shí)踐教程M.北京：石油工業(yè)出版社,.4汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社,.5彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)J.北京：高等教育出版社，1997.附錄Uni 10KQRia1 KflRqIKQRw*1 OOK+ Ucc-12V圖9溫度監(jiān)測(cè)及控制電路大慶石油學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱NTCM度監(jiān)測(cè)及控制電路學(xué)生姓名李