傳感器實訓(xùn)報告

傳感器應(yīng)用實訓(xùn)報告實訓(xùn)項目：數(shù)顯溫度計的設(shè)計與制作班級：電子信息0912班學(xué)號：實訓(xùn)時間：18-19周 姓名：一、 實訓(xùn)目的1、 了解芯片IC7107和芯片OP07的參數(shù)、功能；2、 熟悉A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)；3、 更好的把模擬電路、數(shù)字電路、傳感器的技術(shù)及應(yīng)用這三門已學(xué)過的課結(jié)合運用起來。二、 實訓(xùn)作品要達到的技術(shù)指標(biāo)1、 測溫范圍0-150度；2、 采用4位數(shù)碼管顯示，能夠穩(wěn)定顯示環(huán)境溫度的值；3、 顯示精度為0.1度，測量誤差不超過±1%。4、 焊接工藝良好；三、 設(shè)計方案1、A/D轉(zhuǎn)換器原理圖如下所示：g再由當(dāng)留自田呂日同E呂日呂同呂呂豈口豈口WI

1、A/D轉(zhuǎn)換器原理圖如下所示：g再由當(dāng)留自田呂日同E呂日呂同呂呂豈口豈口WIA/D轉(zhuǎn)換器分為三個類型：速度快，但價格高精度高速度慢，但抗干擾能力強a:關(guān)聯(lián)比較型 10ns?速度快，但價格高精度高速度慢，但抗干擾能力強b:逐次逼近型 幾us~100usc:雙積分型 幾百us?幾ms芯片ICL7107通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出，即該芯片屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。它集成了A/D轉(zhuǎn)換器的模擬部分電路和數(shù)字部分電路,它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV,轉(zhuǎn)換精度為0.05，抗干擾能力強，轉(zhuǎn)換速度慢轉(zhuǎn)換時間為幾百us-幾ms，能直接驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，設(shè)有一專門的小數(shù)點驅(qū)動信號，因為此次制作要求顯示分辨率為0.1度，所以要驅(qū)動一個小數(shù)點，測量誤差不超過±1%使用時可將LED共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接V+。2、電源電路：輸入電壓要穩(wěn)定，不然即使Ei=0，pt100也會變化，所以要采用穩(wěn)壓電路。 原理圖如下所示：其中PT100用插座代替，R3要通過運算的出：連接好電源線，用萬用表測出第二個OP07的第六號腳的電壓為1.9233V,已知RP2的阻值為56k,電壓為1.6v，貝VR3=U/I=(1.9v-1.6v)*56K/1.6v=10.5K，所以R3的值為10k。I~R1?百pt100R3R2I~R1?百pt100R3R2由于熱電阻的阻值隨溫度的變化而變化比較大，方案一比較難測，方案二具有較高的精確度和靈敏度，還能預(yù)調(diào)平衡，因此選用方案二比較適合。為減小電阻帶來的誤差，采用電位器，使電橋平衡，所以原理圖中的RP1就是用來調(diào)零(當(dāng)溫度輸入為0°C時，數(shù)碼管顯示輸出為0)用的.四、具體功能電路的設(shè)計1、信號放大電路:1、信號放大電路:當(dāng)測量溫度為100C時，要求數(shù)碼管顯示為100.0,則芯片輸入電壓要求為1V,而此時橋路輸出電壓uo=(△R/R)Ui/4=(38.5/138.5)*2.5/4=0.37173646vH1v.于是要把0.37173646v轉(zhuǎn)換成1v,所以要用到放大電路，由于橋路輸出電壓是差值，所以選用差分放大電路放大.當(dāng)把放大倍數(shù)取*4.08時，可以發(fā)現(xiàn)vin+電壓與預(yù)期的有偏大的也有偏小的，這是因為pt100是非線性的，于是要引入非線性校正電路——正反饋電路。為減小電阻帶來的誤差導(dǎo)致放大倍數(shù)不精確，采用變位器調(diào)滿度(當(dāng)滿量程為150C時，調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示為150.0)，其中原理圖中的RP2就是調(diào)滿度用的。2、電源電路LM236/LM336集成電路是精密的2.5V并聯(lián)穩(wěn)壓器，其工作相當(dāng)于一個低溫度系數(shù)的、動態(tài)電阻為0.2歐的2.5V齊納二極管，其中的微調(diào)端可以使基準(zhǔn)電壓和溫度系數(shù)得到微調(diào)。它的典型性能參數(shù)有:A、低溫度系數(shù)：6Mv/9Mv/18mV；B、工作電流范圍寬：300uA——10mA；C、動態(tài)電阻：0.2歐;D、最大正向電流：10mA；E、最大反向電流：15mA。

LM3MLM336I中的10k電位器用來調(diào)節(jié)擊穿上圖（a）是LM336LM3MLM336I中的10k電位器用來調(diào)節(jié)擊穿上圖（b）所示,：：10k電位器的上、下端各串聯(lián)一個硅二極管時，可以改變溫度系數(shù)。當(dāng)電壓調(diào)到2.940V時，溫度系數(shù)最小。''卜:+5VDISPLAY3、芯片ICL7107外形如下所示：+5VDISPLAYICL7107m<cl+ m<cl> QO ￡0DISPLAY也也凹凹u曰也目目白固目囿目白囹囹也芯片的引腳作用DISPLAY1)V1)V+和V-分別為電源的正極和負極,2） Oscl-OSc3:時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。3）第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定：Fosl=0.45/RC

38管腳：35.58Hz39管腳：38管腳：35.58Hz39管腳：34.84Hz40管腳：29.0157HzCOM:模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的負端以及基準(zhǔn)電壓的負極相連。TEST:測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。VREF+VREF-:基準(zhǔn)電壓正負端。CREF：外接基準(zhǔn)電容端。INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件IN+和IN-:模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調(diào)零電容CAz。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場合是使用0.47mF,而2V滿刻度是0.047》F。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流(idlingcurrent)是100》A，而緩沖器與積分器能夠供給20》A的驅(qū)動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。五、電路制作與調(diào)試1、 焊接放大信號板，做好連接電纜，注意連接點的對應(yīng)關(guān)系。2、 檢查無誤后，方可通電。3、 調(diào)零：用電阻箱提供100歐電阻，接入Pt100插座，調(diào)整RP1使表頭顯示為0。4、 調(diào)滿量程150°c,R9短接，電阻箱調(diào)到150°c對應(yīng)的阻值，調(diào)RP2,使表頭顯示150.0。5、 根據(jù)所調(diào)電阻箱的阻值，測出相應(yīng)的橋路輸出電壓，運算一級放大電壓，二級放大電壓，顯示板電壓，讀出數(shù)碼顯示管的值。6、 根據(jù)PT100分度表調(diào)節(jié)電阻箱，使電阻箱的值顯示為分度表相應(yīng)溫度的值，對比數(shù)碼管顯示的溫度與實際溫度。7、 接PT100，測試沸水溫度與冰水混合物溫度。電源電路：制作步驟：準(zhǔn)備元件(一個LM336穩(wěn)壓管、1K電阻、直流穩(wěn)壓電源)——按照電路圖擺放焊接元件。調(diào)試：1、把+5v和接地連接到直流穩(wěn)壓電源；2、用萬用表測試LM336輸出電壓是否穩(wěn)定輸出2.5v；（二） 信號的檢測與放大電路：制作步驟：準(zhǔn)備元件——按照電路圖擺放焊接元件——按照電路圖與電源電路連接好。調(diào)試：1、檢查電路連接是否正確，2、 AGND,SGND連接，空置OP07，連接直流穩(wěn)壓電源，檢查OP07的7號腳是否為+5v,4號腳是否為-5v3、 PT100處用電阻箱代替，放置芯片。4、 電阻箱設(shè)為滿量程150°C對應(yīng)的158.21歐姆，測第二個OP07的第六號管腳的電壓值，求R3的值。（三） 7107顯示電路：制作步驟：準(zhǔn)備元件——按照電路圖擺放焊接元件——按照電路圖與電源電路、信號的檢測與放大電路連接好——制作萬能板。調(diào)試：1、檢查電路連接是否正確；2、 空置ICL7107芯片，通電測量芯片第一腳是否為+5v,第26腳是否為-5v；33、 調(diào)節(jié)變位器，是ICL7107的第36腳我餓+1.0000v；4、 斷電后，放入ICL7107，在通電；5、 vin+與vin-短接，數(shù)碼管顯示為三個0；6、 vin+接到ICL7107芯片的第36腳，數(shù)碼管穩(wěn)定顯示為1000左右；7、 利用萬能板，測數(shù)據(jù)（1、連接線路，2,調(diào)節(jié)萬能板上的電壓是vin+為要測量的電壓值，3、讀取數(shù)碼管顯示的值）；8、 讀數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)；9、分析數(shù)據(jù)； 萬能板如下圖所示：10、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：i.檢查電路連接是否正確；ii.接好接線；調(diào)節(jié)電阻箱為100歐姆，調(diào)節(jié)RP1,使數(shù)碼管顯示為0；調(diào)節(jié)電阻箱為158.2，調(diào)節(jié)變位器RP2使數(shù)碼管顯示為150.0；調(diào)節(jié)電阻箱為111.7，看數(shù)碼管是否顯示為30.0；調(diào)節(jié)電阻箱為138.5，看數(shù)碼管是否顯示為100.0；六、作品測試1、在基準(zhǔn)電壓（ICL7107芯片的36管腳電壓）為1v的情況下，ICL7107芯片的輸入電壓與數(shù)碼管顯示關(guān)系如下表所示：電壓V00.250.50.7511.251.51.7522.252.5標(biāo)準(zhǔn)02505007501000125015001750100012502500Ref1.051238473715937118914271664190620002000Ref112485007481000125015001748199820002000Ref0.9502635257871051131315751840200020002000分析：根據(jù)數(shù)據(jù)畫出折線圖如下所示，該數(shù)顯溫度計具有較好的線性度，誤差較小，當(dāng)輸入電壓不變時，數(shù)碼管顯示的值與輸入電壓成正比，當(dāng)輸入電壓大于兩倍的vref+時，數(shù)碼管顯示1***，該數(shù)顯溫度計有較好的線性度。還可以得出它們的關(guān)系為（其中y為數(shù)碼管顯示的值）：Vi/T=Vref/T2Vi=T*Vref/T2Y=1000*vin/vref（vin<=2vref）；2、輸出電壓70°CUABUCUDUE69.7°C4.809V0.16353V0.91985V0.68520V全部調(diào)試后，接好PT100，測量冰水混合物，測量室溫，測量看數(shù)碼管顯示的溫度值是否與溫度計顯示的是否一致。作品測試數(shù)據(jù)如下：水銀溫度計顯示0C13C100C150C數(shù)顯溫度計顯示-0.212.9100.2150.1分析：通過上圖可以看出，水銀溫度計顯示值與數(shù)顯溫度計顯示值成比例，顯示分辨率很高，符合作品要求，作品制作成功。七、實訓(xùn)總結(jié)1、 開始焊接制作時，色環(huán)電阻較多，在讀取電阻時應(yīng)保證準(zhǔn)確無誤，焊接時應(yīng)遵循從矮到高，焊錫不要太多避免與其他管腳相連，OP07的方向和接插件的方向也應(yīng)該注意，否則會影響其他元件的擺放。2、 在通電調(diào)試前，應(yīng)該先卸下芯片測試電路是否正確，以免芯片燒壞。在調(diào)試的過程中，容易出現(xiàn)數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，芯片的第36號腳電壓（基準(zhǔn)電壓）不穩(wěn)定、不好調(diào)節(jié)，分析原因有以下兩點：1、電路板上的電容管腳太長，數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，會跳動。2、接線有問題，板子上有電源地和信號地兩種，在調(diào)節(jié)時，萬用表的黑表筆應(yīng)該搭在電源地，因為導(dǎo)線是有電阻的，在記錄數(shù)據(jù)時，要耐心等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定顯示再做記錄。在實訓(xùn)的過程中，我遇到了數(shù)顯溫度計在測試時數(shù)值顯示不穩(wěn)定，導(dǎo)致無法記錄相應(yīng)的準(zhǔn)確數(shù)值，經(jīng)過分析，我總結(jié)了一個找數(shù)顯溫度計存在的問題的一般步驟：1、查看元件擺放是否正確。2、查看電路是否導(dǎo)通。3、看小板是否能正常工作，能否調(diào)零。如果能，則問題出在大板。4