試論電力電子設(shè)計(jì)(doc 10頁(yè)).doc

1前言當(dāng)今世界已進(jìn)入信息時(shí)代，在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。 由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。 PT100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng)PT100溫度為0時(shí)它的阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。溫度是自然界中和人類(lèi)打交道最多的物理參數(shù)之一，無(wú)論是在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，還是在居住休閑場(chǎng)所，溫度的采集或控制都十分頻繁和重要，而且，網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程采集溫度并報(bào)警是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 由于溫度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。 由于PT100熱電阻的溫度與阻值變化關(guān)系，人們便利用它的這一特性，發(fā)明并生產(chǎn)了PT100熱電阻溫度傳感器。它是集溫度濕度采集于一體的智能傳感器。溫度的采集范圍可以在-200+200，濕度采集范圍是0%100%。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍大，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛應(yīng)用于中溫范圍的溫度測(cè)量中。PT100是廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50-600范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線(xiàn)性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線(xiàn)性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將PT電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)的溫度值。常用的PT電阻揭發(fā)有三線(xiàn)制和兩線(xiàn)制，其中三線(xiàn)制接法的優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)相等的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度分別加兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線(xiàn)電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。1.1設(shè)計(jì)目的(1) 理論與實(shí)踐結(jié)合設(shè)計(jì)熱電阻PT100測(cè)溫電路(2) 掌握PT100測(cè)溫電路的工作原理、焊接與調(diào)試方法。(3) 了解，掌握，并能獨(dú)立調(diào)式設(shè)計(jì)PT100測(cè)溫電路，以及各組成元件的使用和原理。(4) 熟練使用萬(wàn)用表的各個(gè)功能。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)利用所有元件焊電路板，并調(diào)試成功，充分鍛煉動(dòng)手能力和思考能力。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求(1)利用所有元件焊電路板，并調(diào)試成功，充分鍛煉動(dòng)手能力和思考能力。(2)利用電路板進(jìn)行調(diào)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，寫(xiě)出計(jì)算結(jié)果2 熱電阻PT100簡(jiǎn)介及工作原理2.1熱電阻PT100的簡(jiǎn)介 pt100是鉑熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會(huì)隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。PT100鉑電阻RT曲線(xiàn)圖表組成的部分 pt100/PT1000感溫元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它們是由鉑絲分別繞在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝加工而成薄膜鉑電阻薄膜鉑電阻：用真空沉積的薄膜技術(shù)把鉑濺射在陶瓷基片上，膜厚在2微米以?xún)?nèi)，用玻璃燒結(jié)料把Ni（或Pd）引線(xiàn)固定，經(jīng)激光調(diào)阻制成薄膜元件。溫度傳感器PT100是一種穩(wěn)定性和線(xiàn)性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200 至 650 的范圍.本電路選擇其工作在 -19 至 500 范圍. 整個(gè)電路分為兩部分,一是傳感器前置放大電路,一是單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換和顯示,控制,軟件非線(xiàn)性校正等部分. 傳感器的接入非常簡(jiǎn)單,從系統(tǒng)的 5V 供電端僅僅通過(guò)一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了.這種接法通常會(huì)引起嚴(yán)重的非線(xiàn)性問(wèn)題,但是.由于有了單片機(jī)的軟件校正作為后盾,因此就簡(jiǎn)化了傳感器的接入方式.2.2熱電阻PT100的工作原理 按照 PT100 的參數(shù),其在 0 到 500 的區(qū)間內(nèi),電阻值為 100 至 280.9，我們按照其串聯(lián)分壓的揭發(fā)，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 輸出電壓（mV），可以計(jì)算出其在整百時(shí)的輸出電壓，R2、R3、R4 和Pt100 組成傳感器測(cè)量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過(guò)TL431 穩(wěn)至2.5V。從電橋獲取的差分信號(hào)通過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后輸入單片機(jī)。電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過(guò)調(diào)節(jié)R3 可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。 放大電路采用LM358 集成運(yùn)算放大器，為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過(guò)高帶來(lái)的非線(xiàn)性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大，前一級(jí)約為10 倍，后一級(jí)約為3倍。溫度在0100 度變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，Pt100 阻值變大，輸入放大電路的差分信號(hào)變大，放大電路的輸出電壓Av 對(duì)應(yīng)升高。雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過(guò)TL431 穩(wěn)壓，但是整個(gè)模塊的電壓VCC 一定要穩(wěn)定，否則隨著VCC 的波動(dòng)，運(yùn)放LM324 的工作電壓波動(dòng)，輸出電壓Av 隨之波動(dòng)，最后導(dǎo)致A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動(dòng)，測(cè)量結(jié)果上下跳變。TL431的具體功能可以用圖c的功能模塊示意。由圖可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反向輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同向端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過(guò)三極管圖1的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但可用于分析理解電路。 TL431可等效為一只穩(wěn)壓二極管，其基本連接方法如下圖所示。下圖a可作2.5V基準(zhǔn)源，下圖b作可調(diào)基準(zhǔn)源，電阻R2和R3與輸出電壓的關(guān)系為U0=2.5(1+R2/R3)V0 1詞條圖冊(cè)更多圖冊(cè)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。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)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(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖由于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。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。這是一個(gè)線(xiàn)性放大過(guò)程。在A1輸出端接上測(cè)量或處理電路，便可對(duì)溫度進(jìn)行指示或進(jìn)行其它自動(dòng)控制。3調(diào)試要點(diǎn)及測(cè)試方法 (1)按照原理圖將元器件焊接到PCB板時(shí)，要按照各個(gè)小電路的順序一次焊接元器件。(2)將元器件按照原理圖焊接到PCB板后，首先檢查各個(gè)元器件與PCB板的焊接點(diǎn)，有無(wú)缺焊，虛焊，有無(wú)短路。檢查PCB板電路和各元器件有無(wú)所損壞，(3)通電前一定要檢查好電源與地之間是否有最大電阻，以免通電時(shí)因?yàn)槎搪范鵁龎碾娐钒濉?4)通電測(cè)試時(shí)，要選擇好所用的電源電壓值，以免電壓過(guò)大或過(guò)小導(dǎo)致整體電路燒毀或無(wú)法正常工作。(5)測(cè)試時(shí)如發(fā)現(xiàn)故障，要先斷開(kāi)電源，然后仔細(xì)查找故障原因，排除故障后繼續(xù)測(cè)試。(6)將測(cè)試時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，測(cè)試完成或成功后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與研究4設(shè)計(jì)心得與體會(huì)在進(jìn)行完期末考試后，我們就進(jìn)行了傳感器的課程設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。這次設(shè)計(jì)和我們以前做的不同，因?yàn)橐郧岸际侵苯雍冈诎遄由希@次我們要自己做出電路板，把元器件的插孔都要做出來(lái)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。我們畫(huà)好PCB的布線(xiàn)圖后進(jìn)行鏡像，然后用復(fù)寫(xiě)紙?jiān)阢~片上畫(huà)出來(lái)，然后打眼。做好后用油漆涂上，最后放在液體里溶解，泡好后擦去銅，板子就做好了。在這個(gè)過(guò)程中，我就學(xué)會(huì)很多，做一件事，要有足夠的耐心和信心才可以成功。在做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通過(guò)各種途徑查找資料了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能有所作為，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，難免會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。而且這次設(shè)計(jì)是兩個(gè)人一組，也鍛煉了我們團(tuán)結(jié)合作的精神。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)給了我很多體會(huì)。我還會(huì)繼續(xù)努力的。5 參考文獻(xiàn)【1】康華光主編 模電電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社2006年12月【2】許云峰主編 傳感器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社 2002年2月【3】常用集成芯片使用 北京理工大學(xué)出版社 1995年致謝 本設(shè)計(jì)是在孟凡姿老師的精心指導(dǎo)和大力支持幫助下順利完成的。在此設(shè)計(jì)中我也學(xué)到了很多有關(guān)熱電阻PT100測(cè)溫電路的制作知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能也都有了提高，非常感謝老師的指