模電課程設(shè)計溫控裝置設(shè)計

1、山東大學(xué)電子課程設(shè)計報告溫控裝置設(shè)計姓名: 專業(yè): 班級:學(xué)號:指導(dǎo)教師: 2013-6-6 摘 要 本設(shè)計以LM358電壓比較器和熱敏電阻為核心，讓熱敏電阻、10K電阻來組成的分壓電路，接LM358的反相輸入端。當(dāng)環(huán)境溫度大于或等于5時，熱敏電阻阻值減小，使反相輸入端電壓小于正向輸入端的參考電壓，從而使LM358輸出端輸出參考電壓，令LED發(fā)光,蜂鳴器發(fā)出響聲報警，提醒用戶及時采取措施。關(guān)鍵詞：熱敏電阻 溫度 電壓比較器 參考電壓目錄山東科技大學(xué)I溫控裝置設(shè)計I摘 要II目錄III第一章 課題背景51.1 引言51.1.1 背景51.1.2 設(shè)計目的與意義51.2 技術(shù)指標(biāo)51.3 主要工作

2、6第二章 元件介紹62.1 電壓比較器LM35862.1.1 電壓比較器的工作原理62.1.2 LM358的特點72.1.3 LM358參數(shù)功能特性72.1.4 LM358內(nèi)部功能框圖82.2 熱敏電阻82.2.1 熱敏電阻原理8第三章 方案論述113.1設(shè)計簡介113.2 總體思路113.3 電路圖113.4 說明123.5結(jié)論12參考文獻(xiàn)13第一章 課題背景1.1 引言1.1.1 背景溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。溫度控制電路在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。日常生活中也可以見到，

3、如電冰箱的自動制冷，空調(diào)器的自動控制等等。利用熱敏電阻器制作一個溫度報警器，可通過調(diào)節(jié)微調(diào)電位器的阻值，改變電壓比較器正向輸入端的參考電壓，可以改變電路報警時的溫度。1.1.2 設(shè)計目的與意義 本文通過采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報警器的設(shè)計與制作，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計與制作的具體過程及方法。這種溫度報警器結(jié)構(gòu)簡單，由溫度控制部件和報警器兩部分組成，可操作性強，應(yīng)用廣泛。工作時，溫度測量范圍為-30110。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定值時，利用熱敏電阻的特性，采集電壓信號，驅(qū)動報警裝置，立刻發(fā)出報警信號，從而防止因溫度升高而帶來的不必要的損失。1.2 技術(shù)指標(biāo)1）輸入電壓范圍為5-7V2）輸入?yún)⒖茧妷簽?

4、-4.6V3) 輸出電壓為 2.2V4）溫度測量范圍為-301101.3 主要工作1） 根據(jù)指標(biāo)設(shè)計溫度控制報警電路。2） 完成設(shè)計的焊接以及調(diào)試工作第二章 元件介紹2.1 電壓比較器LM3582.1.1 電壓比較器的工作原理簡單地說，電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小(也有兩個數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個電壓高，如圖1所示。圖1(a)是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端(“+”端)及反相輸入端(“-”端)，有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。另外有電源V+及地(這是個單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化如圖1(b)所示。在時間0t1時，

5、VA>VB；在t1t2時，VB>VA；在t2t3時，VA>VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1(c)所示：VA>VB時，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VB>VA時，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。2.1.2 LM358的特點 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片

6、式。 2.1.3 LM358參數(shù)功能特性 內(nèi)部頻率補償 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：單電源(330V) 雙電源(±1.5 一±15V) 低功耗電流，適合于電池供電 2.1.4 LM358內(nèi)部功能框圖圖1 內(nèi)部功能框圖2.2 熱敏電阻2.2.1 熱敏電阻原理NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材

7、料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因為在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流、測溫、控溫、溫度補償?shù)确矫妗?2.2.2 熱敏電阻的R-T特性 NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示： 式中： RT：溫度T時零功率電阻值。 A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。 B：B值。 T：溫度（k）。 更精確的表達(dá)式為： 式中： RT：熱敏

8、電阻器在溫度T時的零功率電阻值。 T：為絕對溫度值，K； A、B、C、D：為特定的常數(shù)。 NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性 B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖第三章 方案論述3.1設(shè)計簡介 本設(shè)計能根據(jù)周圍的溫度變化發(fā)出警報提醒用戶采取措施，它具有以下的優(yōu)點： ：可通過調(diào)節(jié)電位器電阻值來改變輸入?yún)⒖茧娢?，即改變報警時的溫度。 ：本設(shè)計簡單易用，在日常生活中能廣泛運用。3.2 總體思路本設(shè)計以LM358電壓比較器和熱敏電阻為核心，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，熱敏電阻減小，即反相輸入電壓減小，使得反相輸入電壓小于正向輸入的參考電壓，從而使

9、LM358輸出端輸出正向參考電壓，令LED亮,蜂鳴器響起報警，提醒用戶及時采取措施。3.3 電路圖3.4 說明電路圖中，電源電壓為4節(jié)5號電池組成，即輸入電壓為6V。R1、R4、R5為普通電阻器，阻值分別為4.7K、12K、10K，R2為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，在溫度為25時阻值為10K，在5時約為22K。調(diào)節(jié)變阻器，使其阻值固定在26K。當(dāng)溫度小于5時，R2的阻值大于22K，電壓比較器的反相輸入端電位高于同相輸入端電位，輸出低電平，LED不亮；當(dāng)溫度大于5時，R2的阻值小于22K ，電壓比較器的反相輸入端電位高于同相輸入端，輸出高電平，LED亮，蜂鳴器響起。從而實現(xiàn)超過5時的報警功能。這樣一個溫

10、控系統(tǒng)，還可以通過調(diào)節(jié)其中的變阻器來實現(xiàn)對不同溫度的報警。3.5結(jié)論溫度的調(diào)控能力和傳感器的反應(yīng)速度有非常大的關(guān)系。如果溫度傳感器對溫度的敏感速度非常低，控制器就無法及時得在欲控制溫度處停止降溫，這樣就起不到控制溫度的目的了。LM358的反應(yīng)速度也不是非?？欤?dāng)用熱水進(jìn)行試驗的時候，溫度滯后可以達(dá)到3到4度。于是使其貼附在散熱片上，這樣它對溫度的反應(yīng)速度才提高到控制精度為1度以內(nèi)。然而，如果控制的密室溫度上升速度再快點，或者密室再大點，控制的精度就又會降下來的。因此，在溫度傳感器方面必須進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)意見是加大傳感器的表面積，或者是跟換效果更好的傳感器，這樣就會在更苛刻的條件下也可以有較大的精

11、度了。 這次課程設(shè)計使我有了一次通過理論聯(lián)系實際，來解決實際問題的經(jīng)歷，它培養(yǎng)了自己分析問題，解決問題的能力，以及上網(wǎng)檢索信息的能力。其實學(xué)到的知識其實是次要的，重要的是我們探索知識的過程，這個過程便是一個人自主學(xué)習(xí)能力的體現(xiàn)，它將影響著我們今后的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.第三版.北京:高等教育出版社,20012 何道清，張禾，湛海云.傳感器與傳感器技術(shù)M.第二版.科學(xué)出版社，2008.3 吳建品.傳感器原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2008.4 郁有文,常建,程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.5 周四春,吳建品.傳感器技術(shù)與工程應(yīng)用M.北京:原子能出版社,2007.6 唐賢遠(yuǎn),劉岐山.傳感器原理及應(yīng)用M.成都:電子科技大學(xué)出版社,2000.7 朱清慧,張鳳蕊