電子溫度計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）

1、-20-第1章 緒論1.1 課題背景溫度計(jì)是人類社會(huì)生產(chǎn)和生活中必不可少的一種測(cè)量裝置，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和各種高新技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)和研究中，溫度也是一個(gè)非常關(guān)鍵的測(cè)量參數(shù)。因此，它的發(fā)展與各行業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)。目前，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，溫度計(jì)已向自動(dòng)化、數(shù)字化方向發(fā)展，代表了溫度計(jì)量發(fā)展的最前沿。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)明了各式各樣的，各種用途的溫度計(jì)，根據(jù)所用測(cè)溫物質(zhì)的不同和測(cè)溫范圍的不同，有煤油溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、溫差電偶溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)和光測(cè)溫度計(jì)等。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字化的不斷發(fā)展，數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)對(duì)人們

2、的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大影響。在國外，溫度計(jì)的發(fā)展始于1593年，由意大利科學(xué)家伽利略(15641642)發(fā)明了第一支溫度計(jì)，后來又相繼出現(xiàn)華氏溫度計(jì)、列式溫度計(jì)、攝氏溫度計(jì)，均用水銀和酒精等作為測(cè)溫物質(zhì)?，F(xiàn)在英、美國家多用華氏溫度計(jì)，德國多用列氏溫度計(jì)，而在世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我國和法國等大多數(shù)國家多采用攝氏溫度計(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要，測(cè)溫技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和提高，測(cè)溫范圍變得越來越廣，精度越來越高?，F(xiàn)代化的溫度檢測(cè)手段能達(dá)到的精度、靈敏度及測(cè)量范圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平又為溫度檢測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。目前溫度

3、計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等。溫度傳感器應(yīng)用非常廣泛，而溫度計(jì)中傳感器是它的重要組成部分，傳感器的精度靈敏度基本決定了溫度計(jì)的精度、測(cè)量范圍、控制范圍和用途等。本文研究的數(shù)字溫度計(jì)，它是通過一定的電路和溫度傳感器進(jìn)行測(cè)控，將溫度用數(shù)字準(zhǔn)確的顯示出來，具有數(shù)據(jù)顯示直觀，測(cè)量精度高，測(cè)溫范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。1.2 課題的目的和意義隨著科學(xué)技術(shù)日益迅速的發(fā)展，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)深入到生活的各個(gè)方面。數(shù)字溫度表具有技術(shù)效果好，經(jīng)濟(jì)效益高，技術(shù)先進(jìn)，造價(jià)較低，可靠性高，維修方便等許多優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字溫度表擺脫傳統(tǒng)水銀溫度計(jì)在使用時(shí)的弊端,以其準(zhǔn)確

4、快捷的測(cè)量功能和清晰易懂的數(shù)字化顯示方便人們?nèi)粘Ｉ钍褂?。溫度是我們?nèi)粘Ｉ钪袑?shí)時(shí)接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺只能估測(cè)到大概的溫度值。傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)雖然能指示溫度，但是精度低，反應(yīng)速度慢，誤差大，顯示不夠直觀。數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少。當(dāng)前，主要溫度儀表，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計(jì)等在技術(shù)上已經(jīng)成熟，但是它們只能在傳統(tǒng)的場(chǎng)合應(yīng)用，尚不能滿足簡單、快速、準(zhǔn)確測(cè)溫的要求，尤其是高科技領(lǐng)域。因此，各國專家都在有針對(duì)性地競(jìng)相開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊與實(shí)用測(cè)溫技術(shù)，如采用光纖、激光及遙感或存儲(chǔ)等技術(shù)的新型溫度計(jì)已經(jīng)實(shí)用化。由于許多質(zhì)量高、價(jià)格低

5、，使用簡單的傳感器和數(shù)字化測(cè)量儀表一起使用，以及微型計(jì)算機(jī)、微處理器和各種大規(guī)模集成電路的迅速普及，使今天的數(shù)字測(cè)量儀表遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的測(cè)量儀表。數(shù)字化測(cè)量是一種發(fā)展十分迅速的綜合性應(yīng)用技術(shù)。利用數(shù)字化測(cè)量儀表的計(jì)量技術(shù)、測(cè)量系統(tǒng)，不但能可靠地獲得大量準(zhǔn)確的信息，而且能極其迅速地對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的處理，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量功能。因此作為自動(dòng)化、智能化測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心的數(shù)字化儀器儀表，在我國現(xiàn)代化建設(shè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。本文介紹了利用集成溫度傳感器ad590設(shè)計(jì)并制作的一款基于4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計(jì)能有效克服傳統(tǒng)的缺點(diǎn)和不足，與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，輸出溫度采用數(shù)碼管顯示，具有讀數(shù)方便、測(cè)溫

6、穩(wěn)定準(zhǔn)確、精度高、測(cè)量范圍廣、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，很適合日常溫度的測(cè)量。1.3 課題的技術(shù)要求（1）利用溫度傳感器制作三位半數(shù)顯溫度表。（2）溫度的測(cè)量范圍：-30+100(243k373k)。（3）測(cè)量精度要求1。（4）利用電池供電。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與方案論證2.1系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)方案多數(shù)的數(shù)字溫度計(jì)采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等），將隨溫度變化而變化的物理參數(shù)，如膨脹、電阻、電容、熱電動(dòng)勢(shì)、磁性、頻率、光學(xué)特性等通過溫度傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，曲線關(guān)系等，將電信號(hào)經(jīng)過放大電路放大后使之產(chǎn)生適

7、合模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路即用a/d轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)送給驅(qū)動(dòng)電路輸出，然后通過顯示單元，如數(shù)碼管或者lcd等顯示出來，這樣就完成了數(shù)字溫度計(jì)的基本測(cè)溫功能。本設(shè)計(jì)方案的核心是a/d轉(zhuǎn)換器icl7107，它包括了線性放大器、模擬開關(guān)、時(shí)鐘振蕩器、七段譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)器等部件。并且它是三位半雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器，屬于cmos大規(guī)模集成電路，最大顯示值為1999，最小分辨率為100v。能直接驅(qū)動(dòng)共陽極led數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，無需另行設(shè)計(jì)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路等，使硬件電路的構(gòu)成大大簡化，減少了各級(jí)之間的干擾。系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)原理圖如圖2-1所示

8、。顯示電路驅(qū)動(dòng)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路放大電路測(cè)溫電路圖2-1 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)原理圖下面詳細(xì)地介紹了各部分的組成及設(shè)計(jì)原理。測(cè)溫電路主要是由溫度傳感器和與傳感器有關(guān)的電阻等組成，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流或電壓的變化，輸出給下一級(jí)放大電路；放大電路主要由集成運(yùn)放及其外接電容、電阻等組成，用以放大由測(cè)溫電路產(chǎn)生的微弱電信號(hào)，使之滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換電路工作需要的電壓或電流；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由a/d轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，將放大電路輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠使驅(qū)動(dòng)電路工作的數(shù)字信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路由譯碼器及其外圍電路組成，用來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管或lcd液晶屏等顯示器；顯示電路由七段數(shù)碼管或lcd液晶屏構(gòu)成，用來顯示當(dāng)前所測(cè)環(huán)境的攝氏溫度值。2.2

9、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)硬件電路由符號(hào)顯示模塊、十位顯示模塊、個(gè)位顯示模塊、小數(shù)位顯示模塊、a/d轉(zhuǎn)換器模塊、測(cè)溫電路模塊、積分電路模塊、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路模塊、沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路模塊、時(shí)鐘振蕩電路模塊、負(fù)5v供電電路模塊等十一部分組成。系統(tǒng)硬件電路方框圖如圖2-2所示。十位顯示個(gè)位顯示符號(hào)位顯示小數(shù)位顯示 三位半a/d轉(zhuǎn)換器icl7107沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路測(cè)溫電路時(shí)鐘振蕩電路零點(diǎn)校準(zhǔn)電路積分電路負(fù)5v供電電路圖2-2 系統(tǒng)硬件電路方框圖本章小結(jié) 本章介紹了數(shù)字溫度計(jì)的整體設(shè)計(jì)思路，并通過方案比較確定了最終的設(shè)計(jì)方案，由于引入了模塊化的設(shè)計(jì)思想，使各單元結(jié)構(gòu)明確，條理

10、清晰，給后續(xù)的安裝和調(diào)試工作帶來了極大的方便。通過大量文獻(xiàn)和資料的查閱，本章介紹的數(shù)字溫度計(jì)中的溫度傳感器需要查傳感器應(yīng)用方面的知識(shí)，相關(guān)的熱偶傳感器和pn結(jié)傳感器等，通過了解這些傳感器可以深入了解溫度傳感器工作原理，在數(shù)字溫度計(jì)中的作用。接下來查閱的資料是關(guān)于數(shù)字電路這一塊,需要查閱的資料是數(shù)字電路中a/d轉(zhuǎn)換的原理,可以查閱的書籍有模擬電路、數(shù)字電路和實(shí)驗(yàn)方面的書籍。繪制電路圖過程中，查閱關(guān)于cad的書籍等。 第3章 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)3.1 顯示電路的設(shè)計(jì)3.1.1 數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，這兩種都是我們最常用的，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，除此之

11、外，其它方面基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小led發(fā)光二極管，通過控制不同的led的亮滅來顯示出不同的字型。數(shù)碼管按發(fā)光二極管單元連接方式又分為共陰極和共陽極兩種類型，共陰極就是將八個(gè)led的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)led的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽極就是將八個(gè)led的陽極連在一起，形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com

12、接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。3.1.2 三位半數(shù)顯表工作原理三位半的意思是該表有三位可以顯示09的數(shù)碼管，還有一位最高位是只能顯示0和1，這個(gè)最高位如果是1，后三位是999，那么就是1999，約等于2000。最高位的權(quán)重是1000/2000即1/2。三位半數(shù)顯表是指最大顯示數(shù)為1999的儀表，“三”是指后面三位能顯示完全十進(jìn)制(09)的數(shù)目，“半”是指1999進(jìn)位后能達(dá)到的整數(shù)位“2”和首位數(shù)“1”即1/2，多用于集成電路icl7106或7107等專用ic設(shè)計(jì)。本文介紹的三位半數(shù)顯表由四個(gè)八段數(shù)碼管組成，用

13、來顯示實(shí)測(cè)溫度，從低至高位依次為小數(shù)位、個(gè)位、十位、符號(hào)位。由于icl7107內(nèi)部具有譯碼驅(qū)動(dòng)功能，所以不需另接譯碼器就能很好的控制led，以便實(shí)時(shí)顯示溫度值。采用led顯示方式，由于其具有亮度高、顯示醒目、使用壽命長、方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)用儀器儀表中得到廣泛應(yīng)用。圖3-1為利用四個(gè)數(shù)碼管組成的三位半數(shù)顯表電路圖。圖3-1 三位半數(shù)顯表電路圖3.2 a/d轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 3.2.1 icl7107 的特點(diǎn)與引腳功能 a/d轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)采用icl7107，它是三位半雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器，屬于cmos大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100v。能直接驅(qū)動(dòng)共陽極led數(shù)

14、碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，使整機(jī)線路簡化，采用士5v兩組電源供電，在芯片內(nèi)部從與com之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的2.8v基準(zhǔn)電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準(zhǔn)電壓。能通過內(nèi)部的模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。輸入阻抗高，對(duì)輸入信號(hào)無衰減作用。整機(jī)組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和led共陽極數(shù)碼管，就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。芯片本身功耗小于15mw(不包括led)，不設(shè)有專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使用時(shí)可將led共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接，可以方便的進(jìn)行功能檢查，icl7107引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 icl7107引腳圖和分別接電

15、源的正極和負(fù)極；、分別為個(gè)位、十位、百位筆畫的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接各led數(shù)碼管的相應(yīng)筆畫電極；abk為千位筆畫驅(qū)動(dòng)信號(hào),接千位led數(shù)碼管；rm為led數(shù)碼管公共電極的驅(qū)動(dòng)端,接led共陽數(shù)碼管的5腳和10腳；為時(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腳電容量的選擇按式（3-1）計(jì)算： =0.45/rc （3-1）com為模擬信號(hào)公共端，簡稱“模擬地”，使用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連；test為測(cè)試端，該端一般不用，使用時(shí)需經(jīng)過500 電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”；與為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端；與為外接基準(zhǔn)電容端；27腳接積分電容器，

16、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；和為模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端；az為積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容，如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場(chǎng)合是使用0.47f，而2v滿刻度是0.047f；buf為緩沖放大器輸出端，接積分電阻，其輸出級(jí)的無功電流是100a，而緩沖器與積分器能夠供給20a的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)積分電阻至積分電容器，其值在滿刻度200mv時(shí)選用47k，而2v滿刻度則使用470k。3.2.2 icl7107的工作原理 圖3-3 icl7107工作原理圖 圖3-3 icl7107工作原理圖雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器icl7107是一種間接a/d

17、轉(zhuǎn)換器。它通過對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。它的原理性框圖如圖3-3所示。它包括積分器、比較器、計(jì)數(shù)器，控制邏輯和時(shí)鐘信號(hào)源。積分器是a/d轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，積分器先后對(duì)輸入信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號(hào)與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)器對(duì)反向積分過程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。分頻器用來對(duì)時(shí)鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計(jì)數(shù)脈沖和共陽極led數(shù)碼管公共電極所需的方波信號(hào)。譯碼

18、器為bcd七段譯碼器，將計(jì)數(shù)器的bcd碼譯成led數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應(yīng)編碼。驅(qū)動(dòng)器是將譯碼器輸出對(duì)應(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)筆畫的方波。控制器的作用有三個(gè)：第一，識(shí)別積分器的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，使各模擬開關(guān)接通或斷開，a/d轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識(shí)別輸入電壓極性，控制led數(shù)碼管的負(fù)號(hào)顯示。第二，當(dāng)輸入電壓超量限時(shí)發(fā)出溢出信號(hào)，使符號(hào)位顯示“1”，其余碼全部熄滅。調(diào)鎖存器用來存放a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動(dòng)led 。3.3 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)3.3.1 溫標(biāo)的基本概念物體的受熱程度通常用“溫度”來表征，用來衡量物體溫度的尺子稱為“溫度標(biāo)尺”，簡

19、稱“溫標(biāo)”。它標(biāo)定了溫度的零點(diǎn)和基本測(cè)量單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)用溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)的單位是k，攝氏溫標(biāo)的單位是，華氏溫標(biāo)的單位是。本系統(tǒng)作為一般的環(huán)境溫度測(cè)量使用，為更貼近人們?nèi)粘Ｉ盍?xí)慣一律采用攝氏溫標(biāo)：作為溫度的基本表示單位。3.3.2 溫度傳感器的比較與選擇由于溫度傳感器的種類較多，同時(shí)針對(duì)本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量環(huán)境的需要，提出了以下四種選擇方案：方案一：采用集成電路溫度傳感器ad590，ad590為電流輸出型的集成溫度傳感器，它所流過的電流數(shù)值(微安級(jí))等于絕對(duì)溫度(開爾文)的度數(shù)，激勵(lì)電壓可以從+4v+40v，溫度范圍-5

20、5+150，標(biāo)準(zhǔn)輸出為1a/k的線性關(guān)系。因?yàn)槭请娏鬏敵?，易于遠(yuǎn)距離傳輸，不會(huì)因電壓降或感應(yīng)噪聲電壓影響而產(chǎn)生誤差，且ad590是半導(dǎo)體結(jié)效應(yīng)式溫度傳感器，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值與熱力學(xué)溫度和通過發(fā)射極電流的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)，具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，無需外部校準(zhǔn)。方案二：采用pt100，它是一種使用比較普遍的溫度傳感器，精度比ad590稍差一些，誤差在0.5，用在一般電路上還是足夠了。測(cè)溫范圍是-50+150。它的工作原理是：在探頭里填充熱敏電阻材料，當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，它的阻值會(huì)隨之改變。當(dāng)溫度升高時(shí)

21、，它的阻值會(huì)變大，后面的控制電路會(huì)根據(jù)相應(yīng)輸出的阻值不同，而驅(qū)動(dòng)顯示相應(yīng)的溫度值，而且它與ad590相比，價(jià)格也便宜了許多。但它也有自己的缺點(diǎn)和不足，那就是靈敏度較差。當(dāng)外界溫度變化較大時(shí)，熱敏電阻的阻值是緩慢變化的，而不能突變。所以到后面的驅(qū)動(dòng)顯示需要一段時(shí)間，形成了測(cè)溫上的滯后。但對(duì)于那些要求不高的電路來說，這種溫度傳感器還是被廣泛使用的。方案三：采用kty10，這種溫度傳感器是目前比較高端的傳感器，它的精度非常高，誤差僅為0.1，且靈敏度很高，測(cè)溫范圍特別寬，能達(dá)-200+500甚至更寬。因?yàn)槭歉叨似骷砸话愣加迷谝蠛芨叩碾娐泛驮O(shè)備上。而且它的價(jià)格十分昂貴，國產(chǎn)的就高達(dá)一百多元，進(jìn)

22、口的更是達(dá)到二三百元。因此對(duì)于普通的小型電路，根本無需這種高端傳感器。方案四：采用熱電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)部分可以使用低溫?zé)崤迹瑹犭娕加蓛蓚€(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種金屬的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。通過將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用a/d 轉(zhuǎn)換器，將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換后通過顯示電路，就可以將被測(cè)溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)。3.3.3 確定選擇方案在各種方案中，熱電

23、偶由于熱電勢(shì)小，靈敏度低，熱電阻的非線性影響其精度，kty10溫度傳感器的成本高，且易受氧化影響。而ad590是單片集成溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55+150，利用半導(dǎo)體三極管的基極與發(fā)射極之間的電壓大約具有-2.2mv/的溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)，且ad590是電流型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品，除具有一般集成溫度傳感器的共同特點(diǎn)：靈敏度高、準(zhǔn)確度高、體積小、電路接口方便、價(jià)格低廉、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)外，還具有自身所特有的一些性能特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：測(cè)溫不需要參考點(diǎn)；工作電壓在430v時(shí)都能獲得穩(wěn)定的輸出信號(hào)，其線性電流輸出為1a/k；以熱力學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為零輸出點(diǎn)，在25時(shí)的輸出電流為298.2a；因?yàn)閷?duì)芯

24、片進(jìn)行了激光校正，其具有良好的互換性，且校準(zhǔn)準(zhǔn)確度可達(dá)0.5；使用時(shí)接口簡單；輸出阻抗高達(dá)10m以上，適用于遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)距離控制。經(jīng)過方案比較，綜合各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定選擇第一種方案。與后幾種方案相比，第一種方案中ad590是美國analog devices公司生產(chǎn)的二端式集成溫度傳感器，利用半導(dǎo)體的結(jié)效應(yīng)，它所流過的電流數(shù)值(微安級(jí))等于絕對(duì)溫度(開爾文)的度數(shù)，激勵(lì)電壓可以從+4v到+30v范圍變化，測(cè)溫范圍-55+150完全能滿足技術(shù)要求。因?yàn)槭请娏鬏敵觯子谶h(yuǎn)距離傳輸，且不會(huì)因電壓降或感應(yīng)噪聲電壓影響產(chǎn)生誤差。3.3.4 ad590工作原理在被測(cè)溫度一定時(shí)，ad590

25、相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530v的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)電阻。那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比。其基本電路如圖3-4所示。runrv2i2v1i1v3v4輸出ies圖3-4 ad590內(nèi)部基本電路圖圖3-4是利用特性的集成pn結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中、起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流和相等；、是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是的n倍。和的發(fā)射結(jié)電壓和經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻r上，所以r上端電壓為。因此，電流按式（3-2）計(jì)算： r（ktq）（lnn）r （3-2）式中k為波爾茲曼常數(shù)，q為電子電量。對(duì)

26、于ad590，n8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度t成正比，將此電流引至負(fù)載電阻rl上便可得到與t成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3-4中的電阻r是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1a的電流輸出。溫度檢測(cè)電路如圖3-5所示。圖3-5 溫度檢測(cè)電路圖3.4 積分電路的設(shè)計(jì)icl7107芯片的27、28、29腳組成積分電路，27腳接積分電容，典型值為0.22f 。29腳接自動(dòng)調(diào)零電容(此元件宜選用無感式滌綸電容)，28腳接積分電阻(積分電容和積分電阻應(yīng)保證質(zhì)量)。29腳為積分器和比較器的反向輸入端，接自

27、動(dòng)調(diào)零電容如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場(chǎng)合是使用0.47f，而2v滿刻度是0.047f，而本硬件電路顯示最大值為“-199”約等于200mv滿刻度，所以選用0.47f的電容。28腳為緩沖放大器輸出端，接積分電阻，其輸出級(jí)的無功電流是100a，而緩沖器與積分器能夠供給20a的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)電阻至積分電容器，其值在滿刻度200mv時(shí)選用47k，而2v滿刻度則使用470k。其積分電路如圖3-6所示。圖3-6 積分電路原理圖3.5 零點(diǎn)校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)零點(diǎn)校準(zhǔn)電路由a/d轉(zhuǎn)換器icl7107的30和31引腳外接0.01f電容、10k電位器、12k、10k電阻組成。溫度表在使用前要進(jìn)行溫度校準(zhǔn)，校

28、準(zhǔn)采用比較法。校準(zhǔn)的過程是這樣的：電路連接好后，將溫度傳感器和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)放入冰水混合物中。等待一段時(shí)間，當(dāng)數(shù)碼管顯示值穩(wěn)定后微調(diào)電位器rp1，使溫控表讀數(shù)為“00.0”。然后將溫度傳感器移出，等待一段時(shí)間，重新插入冰水混合物中，這樣反復(fù)進(jìn)行幾次，校準(zhǔn)就完成了。經(jīng)過校準(zhǔn)后，溫度測(cè)量更加準(zhǔn)確，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。其電路如圖3-7所示。圖3-7 零點(diǎn)校準(zhǔn)電路圖3.6 沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路由a/d轉(zhuǎn)換器icl7107的32、35和36腳外接10k電位器、10k電阻組成。沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)同零點(diǎn)校準(zhǔn)電路類似，在使用前同樣要進(jìn)行沸點(diǎn)溫度校準(zhǔn)，校準(zhǔn)同樣采用比較法。校準(zhǔn)的過程如下：電路連接好后，將溫度傳感

29、器和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)放入100沸水中。等待一段時(shí)間，當(dāng)數(shù)碼管顯示值穩(wěn)定后微調(diào)電位器rp2，使溫控表讀數(shù)為“100.0”。然后將溫度傳感器移出，等待一段時(shí)間，重新插入100沸水中，這樣反復(fù)進(jìn)行幾次，校準(zhǔn)就完成了。經(jīng)過校準(zhǔn)后，溫度測(cè)量更加準(zhǔn)確，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。其電路如圖3-8所示。圖3-8 沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路圖第4章 整機(jī)電路的工作原理4.1 整機(jī)電路圖圖4-1 整機(jī)電路原理圖4.2 整機(jī)電路工作原理整機(jī)電路由符號(hào)顯示電路、十位顯示電路、個(gè)位顯示電路、小數(shù)位顯示電路、a/d轉(zhuǎn)換器電路、測(cè)溫電路、積分電路、零點(diǎn)校準(zhǔn)電路、沸點(diǎn)校準(zhǔn)電路、時(shí)鐘振蕩電路、負(fù)5v供電電路等十一部分組成。利用集成溫度傳感器ad590內(nèi)部半導(dǎo)體的結(jié)效應(yīng)，它所流過的電流數(shù)值（微安級(jí)）等于絕對(duì)溫度（開爾文）的度數(shù)，激勵(lì)電壓在+4v+30v之間，所以整機(jī)電路的電源采用四節(jié)干電池供電，電壓為6v，測(cè)溫范圍為-55+150，標(biāo)準(zhǔn)輸出為1a/k的線性關(guān)系。當(dāng)溫度傳感器ad590感應(yīng)外界的溫度變化后，流經(jīng)它