集成溫度傳感器測水溫

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題：集成溫度傳感器測水溫班 級 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 電子與電氣工程學(xué)院2010年12月26日1、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 1.1系統(tǒng)概述由于科學(xué)研究、工業(yè)和家用電器等方面對測溫和溫控的需要,各種新型的集成電路溫度傳感器不斷被研制出來,AD590 便是其中之一。以AD590為核心，加上模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804、AT89C51等構(gòu)成一個(gè)測量水溫，并且能夠數(shù)字顯示的電路。1.2系統(tǒng)方案框圖圖12、工作原理2.1檢測原理在被測溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1k的恒值電阻RL，那么，此電阻上流過的電流將和被

2、測溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mVK的電壓信號(hào)。其基本電路如圖2所示。利用UBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)圖2 圖3反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為UBE。因此，電流I1為：     I1UBER（KTRq）（ln n）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(fù)載電阻RL

3、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(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3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(zhǔn)溫度下可得到1AK的I值。圖3所示是AD590的內(nèi)部電路，與圖-3相比,圖-4增加了一些元件。它們用以改善電路,使之工作時(shí)更接近理想電流源(高阻抗) ,從而減弱輸入電壓變化的影響。圖3中的T1T4相當(dāng)于圖-3中的T1、T2，而T9，T11相當(dāng)于圖-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為

4、恒定偏置二極管。T6可用來防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接防式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流I的13。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：    UBER6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的23。根據(jù)

5、上式不難看出，要想改變UBE，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，其結(jié)果都會(huì)使UBE減小，不過，改變R5對UBE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。實(shí)際上就是利用激光修正R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在250之下使總電流I達(dá)到1AK。集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測：式中，K波爾茲常數(shù)； q電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。

6、電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。2.2傳感器選擇AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中： 流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學(xué)溫度，單位為K。2、AD590的測溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、

7、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。2.3測量電路介紹（1）、基本應(yīng)用電路圖 圖4是AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1k時(shí)，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO =273.2mV?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使VO =273.2+25=298.2（mV）。但

8、這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。圖5（2）、攝氏溫度測量電路圖 -6如圖5所示，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0時(shí)調(diào)整R2，使輸出VO =0，然后在100時(shí)調(diào)整R4使VO =100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時(shí)，VO =0mV，100時(shí)VO =100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25，那么VO應(yīng)為25mV。冰水混合物是0環(huán)境，沸水為100環(huán)境。要使圖6中的輸出為200mV/，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成）來實(shí)現(xiàn)。另外，測量華氏溫度（符號(hào)為）時(shí)，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去255.4再乘以9/5

9、，故若要求輸出為1mV/，則調(diào)整反饋電阻約為180k，使得溫度為0時(shí)， VO =17.8mV；溫度為100,VO =197.8mV。AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V，輸出10V。2.4誤差分析與修正由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。三系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1測試系統(tǒng)及流程圖3.2系統(tǒng)軟件#includeAT89X51.Hunsigned char

10、 code table=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09;void delay1s(void) unsigned char i,j,k; for(i=100;i0;i-) for(j=20;j0;j-) for(k=200;k0;k-);void main() unsigned char s=0,m=0,h=0,s0=0,s1=0,m0=0,m1=0,h0=0,h1=0; P0=0x00,P1=0x00,P2=0x00; while(1) s=s+1; if(s=60) s=0,m=m+1; if(m=60) m=0,h=h+1

11、; if(h=24) s=0,m=0,h=0; s0=tables%10; s1=tables/10; m0=tablem%10; m1=tablem/10; h0=tableh%10; h1=tableh/10; delay1s(); P0=s0|(s1=4); P1=m0|(m1=4); P2=h0|(h1=4); 4、系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)證（1）在調(diào)溫電熱杯中放入1升清水，電熱杯和控制系統(tǒng)相連，給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。（2）用溫度計(jì)測量及調(diào)節(jié)水杯中清水，水穩(wěn)為35，給系統(tǒng)調(diào)零。分別設(shè)定溫度為40、45、50、60、70、75、80、90，觀察設(shè)定溫度和實(shí)際溫度，并記錄數(shù)據(jù)。填寫表6-1

12、。（3）觀察水溫變化的動(dòng)態(tài)情況，并記溫度穩(wěn)定的時(shí)間。填寫表5-1。給定溫度與實(shí)測溫度的數(shù)據(jù)對比如表5-1表5-1 誤差分析表設(shè)定溫度（）實(shí)測溫度（）絕對誤差（）相對誤差（）設(shè)定溫度（）實(shí)測溫度（）絕對誤差（）相對誤差（）135.335.30046060.50.50.83240.240.1-0.10.2457473.4-0.40.6034545.30.30.6668181.20.20.25從表5-1中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在正負(fù)0.3能很好的滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。溫度穩(wěn)定和時(shí)間的關(guān)系設(shè)定溫度為50，每隔30s記錄實(shí)測溫度如表5-2表5-2 溫度穩(wěn)定速度關(guān)系表（設(shè)定溫度50）測量時(shí)間（分）0

13、.5分1分1.5分2.0分2.5分3.5分4.0分實(shí)測溫度35.537.40.343.548.150.351.1測量時(shí)間（分）4.5分5.0分5.5分6.0分6.5分實(shí)測溫度50.649.850.550.250.1從表5-2中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)運(yùn)行5分鐘時(shí)系統(tǒng)基本達(dá)到穩(wěn)定。5、課程設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié)一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)

14、用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)通過這次模具設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次模具設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了冷沖壓模具設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本的模具技能懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計(jì)算能力，繪

15、圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)模具的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們和老師，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。 附錄：1、參考資料 1 王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998,282-283.2 王大海. 新型溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.電子工程師, 2002,28(3):33-36.3 蔣敏蘭,胡生清,幸國全.AD590溫度傳感器的非線性補(bǔ)償及應(yīng)用J.傳感器技術(shù),2001,20(10):54-55.4 張志利,蔡