溫度傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課程</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　自動(dòng)測試與檢測技術(shù)</b></p><p>　　姓 名： **** </p><p>　　指導(dǎo)教師： *

2、**** </p><p>　　專業(yè)名稱： *********** </p><p>　　所在系部： ********** </p><p><b>　　2011年5月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

3、t;p><b>　　1摘 要</b></p><p>　　2、傳感器的構(gòu)成及T型熱電偶使用……………………………………………….1</p><p>　　3溫度傳感器測溫組成方框圖……………………………………………………….1</p><p>　　4、熱電偶測溫電路系統(tǒng)的工作原理……………………………………………….1</p>

4、<p>　　4.1 熱電偶測溫電路系統(tǒng)的組成</p><p>　　4.2 單片機(jī)控制熱電偶測溫電路原理圖（見附錄）</p><p>　　4.3 熱電偶測溫電路工作原理</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計(jì)及元件的選取</p><p>　　5.1 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2電橋電路的設(shè)

5、計(jì)</p><p>　　5.3 放大器電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.4 ICL7107電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.5 顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.6 元件選取</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><

6、p>　　溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度

7、控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率</p><p>　　關(guān)鍵字：熱電偶，ICL7107， </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature is a very important physical ，Because it

8、directly affects many physical and chemical reactions，Temperature control will lead to many problems mistakes，Therefore, the significance of increasing temperature detection，Temperature acquisition and control system in

9、the industrial, scientific, and other areas of life, is widely used，Only in the industrial production process to ensure that production conditions, it may ensure product quality，Automatic temperature control system can a

10、utomati</p><p>　　Key Words: Thermocouple，ICL7107</p><p>　　2、傳感器的構(gòu)成及T型熱電偶的使用</p><p>　　水溫檢測采用的是溫度傳感器T型熱電偶。測溫元件的結(jié)構(gòu)如下圖所示。兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),該

11、電動(dòng)勢稱為熱電勢。這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)，一個(gè)稱熱端，又稱測量端或工作端，測溫時(shí)將它置于被測介質(zhì)中;另一個(gè)稱冷端，又稱參考端或自由端，它通過導(dǎo)線與顯示儀表相連。溫差電勢是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢。同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)，高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余

12、的電子而帶負(fù)電，因此，在導(dǎo)體兩端便形成接觸電勢，從而通過轉(zhuǎn)換信號得到待測溫度值。</p><p><b>　　傳感器結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　3、傳感器測溫組成方框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)組成方框圖</b></p><p>　　4、傳感器測溫電路系統(tǒng)工作原理</p>

13、<p>　　由于測溫顯示電路構(gòu)成較多，原理復(fù)雜，所以下面分部分介紹電路各部分組成及原理的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.1 傳感器測溫電路系統(tǒng)組成</p><p>　　設(shè)計(jì)電路大至可分為4——5模塊，電源的設(shè)計(jì)，熱電偶電路，電橋電路，差分放大電路，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)和LED顯示電路。</p><p>　　4.2 單片機(jī)控制熱電偶測溫電路原理圖（見

14、附錄）</p><p>　　4.3熱電偶測溫電路工作原理</p><p>　　工作原理：傳感器把熱信號轉(zhuǎn)換為熱電動(dòng)勢，發(fā)熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢——熱電動(dòng)勢，由于據(jù)熱電動(dòng)勢與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，環(huán)境溫度的不穩(wěn)定原因，所以我們引入了

15、電橋電路，熱電偶的冷端補(bǔ)償通常采用在冷端串聯(lián)一個(gè)由熱電阻構(gòu)成的電橋。電橋的三個(gè)橋臂為標(biāo)準(zhǔn)電阻，另外有一個(gè)橋臂由（銅）熱電阻構(gòu)成。當(dāng)冷端溫度變化（比如升高），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢也將變化（減?。?，而此時(shí)串聯(lián)電橋中的熱電阻阻值也將變化并使電橋兩端的電壓也發(fā)生變化（升高）。如果參數(shù)選擇得好且接線正確，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢隨溫度變化而變化的量相等，整個(gè)熱電偶測量回路的總輸出電壓（電勢）正好真實(shí)反映了所測量的溫度值。這就是熱電偶的冷端補(bǔ)償原理

16、，再把初級處理好的信號送到下一級運(yùn)算放大器，通過LM324的作用對輸入信號進(jìn)行模擬放大，再送入下一級電路處理，既是ICL7107芯片，ICL7107芯片完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)問的值。 </p><p>　　5 單元電路的設(shè)計(jì)及元件的選取</p><p>　　5.1 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　該穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路的電壓變壓器B的二次側(cè)電壓為交

17、流低電壓，二次側(cè)電路由橋式整流電路、極性濾波電容和普通濾波電容和固定式三端穩(wěn)壓器7812等構(gòu)成。</p><p>　　穩(wěn)壓電源電路如圖所示。</p><p><b>　　圖穩(wěn)壓電源電路</b></p><p>　　200V交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，交流低壓經(jīng)過橋式整流電路和濾波電容的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和

18、GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化）。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和濾波電容的濾波便在LM7805的輸出端產(chǎn)生精度高、穩(wěn)定性好的直流輸出電壓+5V，此電壓可直接作為一些小型電器電源電壓。</p><p>　　電路中極性電容1000uf和220uf的作用是濾去低次諧波。</p><p>　　5.2電橋電路的設(shè)計(jì)</p

19、><p>　　電橋是完成電位平衡的電路，由于各種需要要求設(shè)計(jì)電路完成平衡，如下圖。</p><p><b>　　圖電橋電路</b></p><p>　　熱電偶的熱電勢是以冷端在零度為標(biāo)準(zhǔn)測量的。然而，通常測量時(shí)儀表是處于室溫之下的，由于冷端不為零度，造成熱電勢差減小，使測量不準(zhǔn)，出現(xiàn)錯(cuò)誤。 </p><p>　　一般是采用接

20、補(bǔ)償導(dǎo)線的辦法。現(xiàn)在生產(chǎn)的測量儀表，大多都帶有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾娐罚梢约m正補(bǔ)償導(dǎo)線冷端不是零度而產(chǎn)生的誤差。所以大多數(shù)儀表按規(guī)定接補(bǔ)償導(dǎo)線即可。 </p><p>　　毫伏計(jì)里沒有相關(guān)的補(bǔ)償電路，象這類儀表，不但要接補(bǔ)償導(dǎo)線，還要用調(diào)整零點(diǎn)等方法補(bǔ)償。 </p><p>　　不補(bǔ)償會(huì)出現(xiàn)測量錯(cuò)誤。例如用毫伏計(jì)測量溫度，熱電偶冷端為50度，接補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償導(dǎo)線冷端為室溫20度，如果不采取調(diào)整零點(diǎn)

21、的方法，測量顯示溫度為實(shí)際溫度減去20度。</p><p>　　5.3 放大器電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，</p><p>　　靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。</p><p>　　共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。</p&

22、gt;<p>　　增益帶寬:1.2MH 工作溫度最低:0°C 工作溫度最高:70°C，LM324 是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器, 除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端,“V+”、“V-” 為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的

23、信號與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 下面介紹其應(yīng)用實(shí)例。</p><p>　　LM324作反相交流放大器 </p><p>　　此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源

24、供電。</p><p>　　LM324應(yīng)用作測溫電路 </p><p>　　感溫探頭采用一只硅三極管3DG6，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結(jié)電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mV/℃，即溫度每上升1度，發(fā)射結(jié)電壓變會(huì)下降2.5mV。運(yùn)放A1連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管BG1壓降越小，運(yùn)放A1同相輸入端的電壓就越低，輸出端的電壓也越低。</p><p>　　L

25、M324應(yīng)用作比較器</p><p>　　當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說反饋電阻趨于無窮大時(shí)(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。</p><p>　　LM324內(nèi)部原理

26、圖</p><p>　　5.4．ICL7107電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　ICL7107是一款數(shù)模轉(zhuǎn)換器，把以上級處理的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并去驅(qū)動(dòng)下級數(shù)碼管顯示。ICL7107引腳圖如圖10所示。① ICL7107是3 1/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，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士1 個(gè)字。② 能直接驅(qū)動(dòng)共陽極LED數(shù)碼管。③ V+與CO

27、M之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的2.8V基準(zhǔn)電壓。提供基準(zhǔn)電壓?、?實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。⑤ 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。⑥ 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。 </p><p>　?、?噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。⑧不設(shè)有一專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號。用+5v電壓點(diǎn)亮</p><p>　　頻率為V＋和V-分別為電源的正極和負(fù)極，au-gu,aT-gT,aH

28、-gH：分別為個(gè)位、十位、百位筆畫的驅(qū)動(dòng)信號，依次接個(gè)位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫電極。AB4：千位筆畫驅(qū)動(dòng)信號。POL：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡稱背電極。Oscl-OSc3 ：時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。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</p><p>　　COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地。TEST ：測試端，

29、該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地。</p><p>　　VREF＋ VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。CREF：外接基準(zhǔn)電容端。 IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。 INT：27是一個(gè)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AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0

30、.047μF。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。</p><p>　　f=1.43(R0+關(guān)鍵點(diǎn)的電壓：</p><p>　　芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 －3V 至 －5V 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓

31、，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號輸入引腳，可以輸入 ±199.9mV 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。 </p><p>　　比例讀數(shù)：把 31 腳與 36 腳短路，就是把基準(zhǔn)電壓作為信號輸入到芯片的信號端，這時(shí)候，數(shù)碼管顯示的數(shù)值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之間，越接近 100.0 越好。如果差的太多，就需要更換芯片了。 </

32、p><p>　　ICL7107 也經(jīng)常使用在 ±1.999V 量程，這時(shí)候，芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，更換為 0.22uF,470K,0.047uF 阻容網(wǎng)絡(luò)，并且把 36 腳基準(zhǔn)調(diào)整到 1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。輸出信號送入顯示管顯示所測得的溫度值。 </p><p>　　圖ICL7107引腳圖</p><p&g

33、t;　　5.5顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示電路連接圖如下圖。四只數(shù)碼管與7107各管腳對應(yīng)連接，7107驅(qū)動(dòng)其顯示測得的溫度值。</p><p><b>　　5.6 元件選取</b></p><p>　　按IEC584-1，584-2國際標(biāo)準(zhǔn)， S、B、R、K、N、E、T、J八種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。而T型熱電偶測溫范

34、圍－270～400°C，常用－200～350°C，特點(diǎn)是熱電性能好，電勢與溫度關(guān)系近似線性，熱電勢值大、靈敏度高、復(fù)制性好，是一種準(zhǔn)確度高的廉金屬熱電偶?？梢栽谶€原性、氧化性、惰性氣氛及真空中使用。電橋電路有四只電阻組成，芯片有集成運(yùn)算放大器LM324和數(shù)模轉(zhuǎn)換器ICL7107、四只數(shù)碼管及若干電阻電容組成。</p><p><b>　　謝辭</b></p>

35、<p>　　寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來，不經(jīng)歷風(fēng)雨怎能見彩虹。經(jīng)過幾個(gè)月的艱苦奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)幾經(jīng)曲折終于接近尾聲。在這幾個(gè)月的時(shí)間里，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師xx，在課題選定、理論指導(dǎo)和方案的論證上，我都遇到了諸多的困難，然而xx老師對我精心的指導(dǎo)和耐心的鼓勵(lì)，使我能夠堅(jiān)持到底，課程設(shè)計(jì)有了圓滿的結(jié)果。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&

36、lt;p><b>　　[1]百度知道</b></p><p><b>　　[2]百度文庫</b></p><p>　　[3]郁有文 常健 程序紅，傳感器原理及工程應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)</p><p>　　[4]宋家友.電子愛好者集成電子線路設(shè)計(jì)手冊[M].福建科技技術(shù)出版社，2002</p>&