multisim 【溫度仿真】

1、山東大學(xué)威海分校-SHANDONGUNIVERSITY溫度測(cè)量與控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：機(jī)電與信息工程學(xué)院專業(yè)：09通信一班姓名：學(xué)號(hào)：時(shí)間：2011/06/26摘要溫度是一個(gè)與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測(cè)量和控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對(duì)某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測(cè)量，并能自動(dòng)的控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。測(cè)試電路是通過電壓比較放大電路來實(shí)現(xiàn)溫度都的檢測(cè)，控制電路是通過一個(gè)電壓比較電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。溫度控制電路中由兩個(gè)三極管和光敏電阻組成實(shí)現(xiàn)了加熱等簡(jiǎn)單功能。工作原理主要是利用溫度傳感器把系統(tǒng)的溫度通過AD轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過與之連

2、接的譯碼電路中顯示出來。同時(shí)電壓信號(hào)通過電壓比較器與輸入電壓比較決定輸出是高電平或是低電平，進(jìn)而控制下一個(gè)電路單元的工作狀態(tài)。在電路中，當(dāng)電路出現(xiàn)故障使溫度失控時(shí)，使被控系統(tǒng)溫度達(dá)到允許最高溫度Vmax，此時(shí)發(fā)光二極管通電發(fā)光照在光敏電阻上，電阻受光激發(fā)，電阻值迅速下降，分壓點(diǎn)電位升高，電路立即產(chǎn)生振蕩，發(fā)出聲響報(bào)警。調(diào)溫控制電路中，通過電壓比較器的輸入輸出關(guān)系，決定溫度的調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，電路經(jīng)過一系列變化接通加熱器電源對(duì)其進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度升到上限溫度時(shí)，加熱器電源，停止加熱。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的與要求利用課本知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)用電路是我們對(duì)課本知識(shí)掌握的良好體現(xiàn)。將電子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為我們學(xué)習(xí)

3、電子技術(shù)課程的重要組成部分，使得我們能進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，更好的掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法。而且增加了我們對(duì)集成電路應(yīng)用知識(shí)，并培養(yǎng)了我們實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問題的能力。小學(xué)期期間老師給了我們7個(gè)題目已備選擇，并針對(duì)每一個(gè)題目給出了相應(yīng)的要求我選擇的題目是溫度的測(cè)量與控制，題目要求實(shí)現(xiàn)的任務(wù)如下：設(shè)計(jì)一個(gè)基本電路，學(xué)會(huì)溫度測(cè)量與控制電路的原理；熟悉各種基本電路組成實(shí)用電路的方法；學(xué)習(xí)電子電路的調(diào)試方法；根據(jù)電橋的測(cè)量原理寫出測(cè)量電橋的表達(dá)式；根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，會(huì)出只會(huì)比較器的滯回的型曲線；比較溫度計(jì)測(cè)量溫度數(shù)值與數(shù)碼顯示管顯示結(jié)果。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值分析：生疏設(shè)定溫度tlt2之間比較高的溫度

4、對(duì)應(yīng)的Rw2值是最高還是最低？試著闡明其道理。實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)。三、實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)溫度測(cè)量與控制電路的原理。（2）學(xué)習(xí)用各種基本電路組成實(shí)用電路的方法。（3）學(xué)習(xí)電子電路的調(diào)節(jié)方法。（二）設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)溫度測(cè)量與控制電路，要求能通過led數(shù)碼顯示管測(cè)量溫度值，并且能夠利用溫度控制電路將其控制在設(shè)定范圍內(nèi)。（三）實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如下圖一、二、三所示，由測(cè)溫電橋，測(cè)量放大器，顯示電路，控溫電路幾部分控制。測(cè)量電橋的設(shè)計(jì)測(cè)量電橋的一臂為負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻（NTC）RT,電橋的輸出送測(cè)量放大器進(jìn)行放大。50%2：:1.2kQ：Key=A15%R110KIT圖一）測(cè)量電

5、橋基本電路滯回曲線測(cè)試：令輸入端B接地，A點(diǎn)引入-+0.5V連續(xù)可調(diào)的支流電壓，用直流電壓表檢測(cè)C點(diǎn)電壓并用示波器觀察E點(diǎn)變化。當(dāng)緩慢改變A點(diǎn)電壓及其極性的時(shí)候，分別記錄使E點(diǎn)典韋發(fā)生正跳變和負(fù)跳變的Uc的值，并畫出滯回特性曲線。調(diào)節(jié)Rw2.觀察曲線變化。根據(jù)電橋測(cè)量原理得電橋輸出電壓公式為：Ua=Rt/(Rt+Rw1+R3)1VR412DQ盯no3嵐1|R忖irnn12211.2kQ”K-ey=AUb=R2/(R1+R2)滯回曲線大約如下：“UW)3.9v5%25%Rt(%)測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)與測(cè)量測(cè)量放大器為三運(yùn)放構(gòu)成的精密放大器，這是一般集成儀用放大器的基本電路因此測(cè)量放大器的輸出送西安市

6、電路可以實(shí)現(xiàn)溫度的顯示，送溫控電路實(shí)現(xiàn)溫度的控制。具體仿真實(shí)驗(yàn)電路圖如下圖二所示。15%1.沁Key=A3288RTn-wv:2kDMrhi.d(圖二)測(cè)量放大器進(jìn)過測(cè)量放大器放大可以測(cè)得B端電壓隨Rt發(fā)生變化，具體的變化關(guān)系如下表:Rt(%1.2k510205080Q)電壓（V）9.5870-1.2-4.19-5.245功率（W）-5.393m0000橫坐標(biāo)為滑動(dòng)變阻器百分比，縱坐標(biāo)為電壓值。由于實(shí)際情況下的熱敏電阻的特性比較多，總的來說負(fù)電阻的溫度與電阻成反相關(guān)，因此下圖大致與實(shí)際相符合，但由于實(shí)際各元件參數(shù)的設(shè)定存在誤差，因此無法得到十分準(zhǔn)確的熱敏電阻特性曲線。控溫電路設(shè)計(jì)電路控溫電路由

7、滯回比較器和復(fù)合管組成，測(cè)量放大器的輸出經(jīng)滯回比較器與殘余電壓Ur比較厚輸出加熱與停止的信號(hào)，經(jīng)過復(fù)合管放大器的放大之后控制加熱與停止。Ur是根據(jù)設(shè)定的恒溫值Rw2獲得的，改變滯回比較的比較電壓即控制范圍，二控溫的精度則有滯回比較器的滯回寬度確定。其仿真設(shè)計(jì)電路圖如圖三。：R13：.JWl:WkQ221DkQflZG-*I*vcc韻也I-W-%氏R110閃L.2j經(jīng)過調(diào)解滑動(dòng)變阻器，也就是仿真進(jìn)來的熱敏電阻，得到控制電路里面輸出端的電壓變化，由于之前存在滯回回路，因此其電壓也出現(xiàn)只會(huì)比較的現(xiàn)象。仿真電壓表以及功率表測(cè)量如下圖經(jīng)過測(cè)量比較，得到以下一組數(shù)據(jù):Rt(%1.2kQ)0（50）10(3

8、0)15(20)25(10)50（5）電壓（從大到4.06V4.02v4.01V00?。╇妷海◤男〉?7nv412.785nv404.271nv4.01v4.06v大）000功率（W）0()0()0()16m()16.3()因此經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到如下折線圖，該圖反映了溫度控制電路對(duì)溫度的控制的作用，仿真過程中我們利用當(dāng)溫度過低時(shí)，熱敏電阻阻值升高的特性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的顯示電路由三運(yùn)放A和電壓跟隨比較器以及4位數(shù)字電壓表頭電路構(gòu)成，由于仿真過程中不存在3位半的數(shù)字表頭，因此使用4位表頭大致模擬。電壓跟隨琪起隔離作用，其輸出驅(qū)動(dòng)表頭實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)字化顯示，改變滑動(dòng)變阻器的位置可以改變放大電路的電壓放大倍數(shù)

9、，以調(diào)整顯示數(shù)據(jù)。表頭電路采用了如下電路（為了方便粗略觀察，使用了傳輸門控制AF的出現(xiàn)）:TVn3Sniat:3Lnu3ETXfaujESCX-KtiflmUTU11B74125HLJ1l74126N11D74I126NU12D7dl-l23Hrt由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仿真過程中顯示譯碼電路需要站的空間比較大，因此單獨(dú)將譯碼部分拿出來，連接到上述仿真實(shí)驗(yàn)圖中即可得到準(zhǔn)確的十進(jìn)制結(jié)果，譯碼電路如下圖1:1:L-wbs1:1:15VU1I74LSiU5UU7UB；A=1-d宀E-cSet_Esip-EU1flftDCIG-J因此得到簡(jiǎn)單的溫度關(guān)系熱下表：熱敏電阻Rt(%1.2kQ)10065503525粗略

10、溫度(C)00.019.437.963.595.5實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得在這次溫度與控制電路的設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多新的東西，這些東西不僅豐富了我電子電路方面的知識(shí)，也學(xué)會(huì)了如何自己動(dòng)手設(shè)計(jì)自己需要的電路，并且懂得了同學(xué)幫助的重要性，每個(gè)人的思想都會(huì)不同，當(dāng)遇到解決不了的問題的時(shí)候我們需要身邊同學(xué)的幫助，彼此互相交流經(jīng)驗(yàn)，可以從中學(xué)到許多新的思路與技巧。總之，在這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中我不僅僅學(xué)會(huì)了溫度測(cè)量與控制電路的設(shè)計(jì)，并且學(xué)到了許多其他東西有用的東西，為以后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論結(jié)果經(jīng)過長時(shí)間的準(zhǔn)備工作，最終做出了些許成果，首先簡(jiǎn)單的測(cè)量了熱敏電阻的特性曲線，其次，繪出了滯回比較器的滯回曲線，并且實(shí)現(xiàn)了通過控制電路對(duì)溫度的控制。第三，數(shù)字顯示端能夠簡(jiǎn)單的顯示出仿真之后的熱敏電阻所對(duì)應(yīng)的溫度溫度(0100C)。總的來說，該實(shí)驗(yàn)利用溫度傳感器把系統(tǒng)的溫度通過AD轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過與之連接的譯碼電路中顯示出來，實(shí)驗(yàn)最后終于品嘗到了努力換來的甜果，讓我認(rèn)識(shí)到實(shí)踐對(duì)知識(shí)的鞏固作用，受益匪淺。但是設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)只能夠?qū)囟群?jiǎn)單的顯示出來，也存在著很多不足需要完善。六、參考文獻(xiàn)1】數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)余孟嘗編，清