熱敏電阻溫控上下限

※※※※探※※※※探 2011級 探探測試技術課程設計濟孤※※※※※※※※熱敏電阻溫控上下限報警裝置的設計姓 名 王曼學 號 20117119院、系、部 電氣工程系2014年6月2014年6月20日完成時間TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章設計主體 1\o"CurrentDocument"1.1設計目的 1\o"CurrentDocument"1.2設計要求 1\o"CurrentDocument"1.3設計原理 1\o"CurrentDocument"2.2傳感器的應用原理 2\o"CurrentDocument"2.3信號處理電路 2\o"CurrentDocument"2.4運算放大器 3\o"CurrentDocument"第4章計算誤差、分析靈敏度 4\o"CurrentDocument"4.1NTC熱敏電阻溫度特性分析 4\o"CurrentDocument"4.2熱電特性 4\o"CurrentDocument"第5章設計總結 5\o"CurrentDocument"參考文獻 6第1章設計主體1.1設計目的通過學習到的傳感器的知識，把學到的知識用到傳感器的應用和設計中去應用，通過理論和事件的相結合設計出題目要求的器件。通過學習到的熱敏電阻的知識和傳感器的工作原理結合直流電橋，比較器，三極管等相關知識。利用自己所學過的理論知識設計電路圖，并進行仿真模擬，得到可行的設計電路，再設計電路時提高自己的見識，增長自己的知識。1.2設計要求1?根據(jù)要實現(xiàn)的功能，畫出設計電路圖。2?本題目要求（1） 將熱敏電阻接到橋式電路中，常溫下輸出電壓為0，LED不發(fā)光。（2） 當把熱敏電阻加到一定的熱水或冷水中，（即溫度升高或降低）橋式電路不平衡，導致后續(xù)的晶體管出現(xiàn)導通，對應的LED亮。1.3設計原理由于熱敏電阻的阻值受到溫度的影響而發(fā)生變化。在這里我們使用的熱敏電阻為負溫度系數(shù)熱敏電阻，特別適用于-100?300°C之間測溫，在較小的溫度范圍內(nèi)，其電阻-溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，即隨著溫度的升高阻值不斷減小。由于熱敏電阻是由半導體材料制成的熱敏電阻的電阻值歲溫度的升高將按指數(shù)規(guī)律迅速減小。第2章硬件電路設計2.1電路設計結構框圖LM358n三極管90空二極管發(fā)熱敏電阻驅(qū)動圖2-1電路設計結構框圖

2.2傳感器的應用原理傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器一熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精確度;測量范圍廣，可從-50°C-1600°C進行連續(xù)測量，特殊的熱電偶如金鐵-鎳鉻，最低可測到-269°C,鎢-錸最高可達2800Co熱電偶傳感器主要按照熱電效應來工作。將兩種不同的導體A和B連接起來，組成一個閉合回路，即構成感溫元件，如圖1所示。當導體A和B的兩個接點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱為熱電效應，也叫溫差電效應。熱電偶就是利用這一效應進行工作的。熱電偶的一端是將A、B兩種導體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為t的被測介質(zhì)中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為tO的恒定溫度下。當工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計算機進行處理，即可得到溫度值。熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示:Et=E(t)-E(tO)式中:Et—熱電偶的熱電勢E(t)—溫度為t時的熱電勢E(tO)—溫度為tO時的熱電勢。2.3信號處理電路采用LM324四運放集成電路。采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用以外，四組運放相互獨立。每一組運放都可以用圖一所示的符號來表示，共有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號出入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“V0”為輸出端。兩個信號輸入端中，V-(-)為反相入端，表示運放輸出端V0的信號與該輸入端的相位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運放輸出端V0的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2-2與圖2-3。圖2-2LM3241413121110 9圖2-2LM324-卑■4匸?圖2-3LM324引腳’ : 7當去掉運放的反饋電阻，或者說反饋電阻趨于無窮大時（即開環(huán)狀態(tài)），理論上認為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大，此時運放變成、形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+）,就是低電平（V-）。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，運放輸出高電平。2.4運算放大器我們選擇第一組與第二組進高低溫比較：當環(huán)境溫度高于80°C時，5管腳電位高6管腳電位，7管腳輸出高電平，C9013導通，紅燈亮且蜂鳴響，否則紅燈不亮蜂鳴不響;當環(huán)溫度低于30C時，3管腳電位高于2管腳電位，1管腳輸出為高電平，C9013導通，綠燈亮，否則輸出綠燈不亮。第3章仿真調(diào)試3.1仿真電路基本設計出來后，在計算機上用PROTEUS系統(tǒng)仿真軟件實現(xiàn)仿真。對元器件的取值應嚴格按照設計的電路及實際情況來確定，以減少在硬件操作時的麻煩。仿真圖如圖3-1所示圖3-1仿真結果圖

第4章計算誤差、分析靈敏度4.1NTC熱敏電阻溫度特性分析溫度特性用下面公式表示：R0—溫度為T時的熱敏電阻阻值；一溫度為TO時的熱敏電阻阻值，一般常取為20攝氏度；B—熱敏電阻常數(shù)，B=13651nR20/R100,其中R20和R100為20攝氏度和100攝氏度時的電阻值。由式（1）可以看出，阻值變化與溫度變化為指數(shù)關系，隨溫度升高，熱敏電阻阻值迅速下降，靈敏度高是熱敏電阻測溫的主要優(yōu)點。4.2熱電特性dR Ba=t=—Rd T2tt由式（2）可以看出，NTC熱敏電阻的溫度系數(shù)是負值，且與溫度變化有關。溫度越低，溫度系數(shù)越大，靈敏度越高，所以NTC熱敏電阻常用于低溫測量。當溫度變化時，要使RT線性變化，其中，R1為要串聯(lián)的電阻，R2為要并聯(lián)的電阻，R1為NTC熱敏電阻。下面說明如何確定R1和R2的阻值。解出：Rr—rr“、r=t2 12 （3）tr+r—R12當補償溫度范圍為T1-T2時，可在三個溫度點上測量R1值，即TO、Tl、T2，TO取T1與T2之間的溫度，一般常選25度，熱敏電阻阻值分別為rTO、rTl、rT2，而RT1、RT2、RTO是線性化處理后理想直線上Tl、T2、TO溫度時對應的阻值。由式（3）可知：(4)Rr—rr Rr—rr(4)r二一t^2 1-2；r二一 —t1r+r—Rt2r+r—R

1 2t 1 2t代入式（4）即可求出r1、r2阻值的大小。實際電路中，為了滿足通過電流大小的需要，常要再并聯(lián)上一個電阻分流，其大小由通過的電流大小決定，此電阻的值相差很大，基本不影響RT與溫度的線性關系。運用串并聯(lián)電阻的方法實現(xiàn)熱敏電阻線性化簡單易行，可用于精度要求不高的場合。選用負溫度系數(shù)的NTC熱敏電阻作為傳感器，隨溫度增加，電阻降低。（注意：但被測量隨信號變化傳感器阻值變化的，都可以考慮選用三極管驅(qū)動。當做開關使用）A為運放，晶體管VT1和VT2為驅(qū)動電路。電橋的輸出兩端接運算放大器的同相端，反相接輸入端。Rt=4700。［視所選器件而定］在25度時電橋平衡（操作時，調(diào)節(jié)為室內(nèi)溫度），放大器輸出為0。VT1、VT2均不導通，LED發(fā)光。當溫度降低，電橋輸出a點電壓低于b點電壓，并使放大器輸出電壓低于-0.7V時，VT2導通，LED2發(fā)光。當溫度升高時，電壓輸出a點電壓高于b點電壓，并使放大器輸出電壓大于0.7V,VT1導通，LED發(fā)光。放大倍數(shù)約為100，因此電橋的輸出電壓上下限約為-0.7V?+0.7V，由此可推溫度上下限。第5章設計總結本次設計通過因為溫度的不同導致熱敏電阻阻值的變化，使得電壓變化，經(jīng)放大比較器的比較決定是哪一個三極管導通，從而驅(qū)動不同顏色的二極管的導通，這樣，我們通過二極管的顏色就可以知道是是溫度的大概范圍。實現(xiàn)了用熱敏電阻來檢測溫度。這次的設計，我們從網(wǎng)上找了大量的資料，同時查閱了也查閱了大量的文獻資料，通過查詢不同功能的放大比較器，和驅(qū)動的三極管，經(jīng)過比對，分析選用了本次設計的型號，又經(jīng)過在仿真軟件上的仿真模擬確定其操作的可行性，發(fā)現(xiàn)不管熱敏電阻的溫度怎么變化都不會得到正確的結果，幾經(jīng)檢查，分析才知道原來是用的分壓電阻的阻值不正確。經(jīng)過了大家的努力，我們終于把用熱敏電阻來實現(xiàn)溫度監(jiān)控的設計電路設計完成。這次的設計從一開始的設計思路開始查詢，需要用什么什么器件，各種器件都需要怎么來使用，