溫度測量儀說明書詳解

1、湖南工學(xué)院課 題：溫 度 測 量 儀 專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化 學(xué)生班級：電 氣 本 1 1 0 1 班 學(xué)生姓名： 呂 璇 學(xué)生學(xué)號： 11401240102 小組成員：徐 露、蔣 丹、呂 璇 指導(dǎo)教師： 龍 卓 珉課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計的任務(wù)和目的 學(xué)生通過理論設(shè)計和實物制作解決相應(yīng)的實際問題， 鞏固和運用在 模擬電 子技術(shù)中所學(xué)的理論知識和實驗技能， 掌握常用模擬電路的一般設(shè)計方法， 提 高設(shè)計能力和實踐動手能力， 為以后從事電子電路設(shè)計、 研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好 的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計的基本要求1、掌握電子電路分析和設(shè)計的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計任務(wù)和指標初選 電路；調(diào)查研究和設(shè)計

2、計算確定電路方案；選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進；分 析實驗結(jié)果、寫出設(shè)計總結(jié)報告。2、培養(yǎng)一定的自學(xué)能力、獨立分析問題的能力和解決問題的能力。包括： 學(xué)會自己分析解決問題的方； 對設(shè)計中遇到的問題， 能通過獨立思考、 查詢工具 書和參考文獻來尋找解決方案，掌握電路測試的一般規(guī)律；能通過觀察、判斷、 實驗、再判斷的基本方法解決實驗中出現(xiàn)的一般故障； 能對實驗結(jié)果獨立地進行 分析，進而做出恰當?shù)脑u價。3、掌握普通電子電路的生產(chǎn)流程及安裝、布線、焊接等基本技能。4、鞏固常用電子儀器的正確使用方法，掌握常用電子器件的測試技能。5、通過嚴格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計實踐，逐步樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事 求是的科

3、學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀和全局觀。9目錄第一章 緒論1. 1 課題 研究背景和意義1.2 本人 主要工作 第二章 方案設(shè)計2.1 基本原理2. 2 溫度 傳感器的 選擇2.3 AD590 溫度傳感器的簡介ATy *第三章電路設(shè)計3. 1單元電路設(shè)計3.1.溫度電壓變換電路3.1.K C變換器3.1.2. 732V 電 壓 產(chǎn)生 電 路3.1.放大器103.1.6驅(qū)動電路 113.2整體電路圖設(shè)計 13第四章仿真與制作 144.1電路仿真 144.2PCB 電路板制作 174.2.1protell 使用簡要說明 174.2.2繪制 SCH 原理圖 174.2.3做 SCH 零件庫元

4、件 204.2.4做 PCB 零件封裝 204.3溫度測量儀的調(diào)試 224.3.1調(diào)試要點和注意事項 224. 3. 2實物的調(diào)試 22比較器3.1.115第五章 結(jié)束語 23第六章 參考文獻 24附錄 A 元件清單 25附錄 B 實物圖 26第一章 緒論1.1 課題研究背景和意義溫度是表示物體冷熱程度的物理量， 微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程 度。在整個宇宙當中，溫度無處不存在。無論在地球上還是在月球上，也無 論是在熾熱的太陽上還是在陰冷的冥王星上，這一切無不由于空間位置的 不同而存在著溫度的差別。溫度和人類的生產(chǎn)、 生活有著密切的關(guān)系， 同時也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基 本的工藝參數(shù)，例如

5、機械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對溫度的檢 測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注， 而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響， 所以對溫度的檢 測及控制就非常有必要了。溫度是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素， 但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、 雙金屬式 測量計等測試器材， 通過人工進行檢測， 對不符合溫度要求的庫房進行通風(fēng)、 去 濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度誤差大， 隨機性大。 含有微型計算機或微處理器的測量儀器， 由于它擁有對數(shù)據(jù)存儲， 運 算邏輯判斷及自動化的功能， 有著智能作用。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展， 一個低成本和具

6、 有較高精度的溫度測量儀在許多領(lǐng)域會代替人工操作， 自動控制各種儀器調(diào)整環(huán) 境溫度。目前市場上普遍存在的溫濕度檢測儀器大都是單點測量， 而且溫度信息 傳遞不及時，精度達不到要求， 不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定， 為此， 本設(shè)計開發(fā)了一種能夠同時測量多點， 并實時性高、 精度高， 能夠綜合處理多點 溫濕度信息， 并能進行溫濕度控制的測控產(chǎn)品。 總之，環(huán)境溫度的檢測與調(diào)節(jié)儀 器的設(shè)計和開發(fā)具有非常大的市場前景和實用價值。本文設(shè)計了一個基于集成溫度傳感器 AD590的溫度測量儀設(shè)計，它的主要功 能是利用集成溫度傳感器AD590集成運放UA741,設(shè)計了一個能夠根據(jù)設(shè)定溫度 報警的電路。其中A

7、D590測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫 度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合。1.2 本人主要工作1、設(shè)計原理電路圖 ,2、根據(jù)所設(shè)計的電路圖利用 protel 畫出原理圖，3、在原理圖的基礎(chǔ)上利用 protel 作出 pcb 板電路封裝圖第二章方案設(shè)計2.1基本原理圖2.1溫度測量儀原理框圖2.2 溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特 性制成的測溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度 高、測量范圍大、便于遠距離測量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好， 電

8、阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。 缺點是價格 貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按 IEC標準測 溫范圍-200650C，百度電阻比 W( 100) =1.3850時，R0為100Q和10Q，其 允許的測量誤差 A級為 ( 0.15 C + 0.002 |t|)，B 級為 ( 0.3 C +0.005 |t|)。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小， 在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于 -50180C測溫。方案二：采用AD590溫度傳感器。它是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器，它會 將溫度轉(zhuǎn)換為電流。它的測溫范圍為

9、-55 C+150C，而且精度高。其中M檔精 度最高，在-55 C+150C范圍內(nèi)，非線性誤差為土 0.3 C。AD590可以承受44V 正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。AD590最重要的特性是： 度每增加1C，它會增加1卩A輸出電流。AD590的接口電路十分簡單，不需要外 圍溫度補償和線性處理電路，便安裝調(diào)試。比較方案一和二，方案二更適合本設(shè)計的溫度測量儀。2.3 AD590溫度傳感器的簡介AD590溫度傳感器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器，它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流AD590的主要特性如下：流過器件的電流等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù)。 AD590的測溫范圍為-55

10、 C+150C。-AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA相當于溫度變化1K。AD59C可以承受44V正向電壓和20V反向電壓， 因而器件反接也不會被損壞。精度高。AD590共有I、J、K L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55 C +150C范圍內(nèi)，非線性誤差為土 0.3 C。AD590最重要的特性是：度每增加 1C,它會增加1卩A輸出電流。AD590的接口電路十分簡單，不需要外圍溫度補償和線性處理電路，便安裝調(diào)試。AD590的管腳圖及元件符號如下圖 2.2和圖2.3所示。圖2.2 AD590管腳（第三個腳可以不用,是接外殼做屏蔽用的）圖2.3 A

11、D590元件符號（1管腳接電源；2管腳輸出電流）AD590基本應(yīng)用電路如下圖所示圖2.4 AD590基本應(yīng)用電路在圖2.4中，經(jīng)過實驗測得AD590輸出電流I與攝氏溫度T與輸出電壓U及 開爾文溫度K的關(guān)系如下：在TC時，其輸出電流lo= （273.2+T）卩A(2.2.1 )第二章電路設(shè)計3.1單元電路設(shè)計3.1 .1溫度一電壓變換電路如圖3-1所示圖3-1溫度一電壓變換電路圖3-2 K C變換電路如圖3-1所示。由圖可得：uo1 =1A/K R = R 10/K 可取 R= 10 KQ 貝U uo1=10mV/K。3.1.2 K C變換器如圖3-2所示，因為AD590的溫控電流值是對應(yīng)絕對溫

12、度 K,而在設(shè)計中需要采用C,由運放組成的加法器可以實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，參考電路如圖3-2所示。可得(3.1.1 )實際應(yīng)用中可取計算得 R=3.3k則式(3.1.1 )可變?yōu)閁2 二UR-U1(3.1.2 )元件參數(shù)的確定和Ur選取的指導(dǎo)思想是：0C(即273K)時，綜合式(2.2.1),可得UR=2.73V。( 3.1.3 )3.1.3 2.732V 電壓產(chǎn)生電路IKIOK(Jd =Z 7 32V50 ECL匸匸OMLI-JW一 210土=-AAA/里 0M=亠呻I- +I50 C時圖 4.1.2-yvf-wEs-xcmEUQMOLsn5 g g |WIOHZOEE若蘭sn2rx匕右土呂LLSS

13、1Euam2 二7Ellox二棗二圖 4.1.360 C時k5 EssAM仿真結(jié)果及其分析由圖421可以看出：當恒流源取300uA（300K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是300-273=27 C,而U 3的電壓值大約為2.7V，即仿真所得的實際結(jié)果與理論相同。由圖422可以看出：當恒流源取323uA（323K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是 323-273=50T，而U3的電壓值大約為5V,即仿真所得的實際結(jié)果與理論相同。由圖422可以看出：當恒流源取333uA （333K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是333-273=60C,而U 3的電壓值大約為6.0V，即仿真所得的實際結(jié)果與理論相同。 所以，仿真成功，可以通過此裝置測得溫度。

14、4.2 PCB 電路板制作4.2.1 protel 使用簡要說明一 原理圖設(shè)計模塊（ Schematic 模塊） 電路原理圖是表示電氣產(chǎn)品或電路工作原理的重要技術(shù)文件， 電路原理圖主 要由代表各種電子器件的圖形符號、線路和結(jié)點組成。該原理圖是由 Schematic 模塊設(shè)計完成的。 Schematic 模塊具有如下功能：豐富而靈活的編輯功能、在線 庫編輯及完善的庫管理功能、強大的設(shè)計自動化功能、支持層次化設(shè)計功能等。二印制電路板設(shè)計模塊（PCB設(shè)計模塊）印制電路板（PCB制板圖是由電路原理圖到制作電路板的橋梁。設(shè)計了電 路原理圖后， 需要根據(jù)原理圖生設(shè)計成印制電路板的制板圖， 然后在根據(jù)制板圖

15、 制作具體的電路板。 印制電路板設(shè)計模塊具有如下主要功能和特點： 可完成復(fù)雜 印制電路板（PCB的設(shè)計；方便而又靈活的編輯功能；強大的設(shè)計自動化功能； 在線式庫編輯及完善的庫管理；完備的輸出系統(tǒng)等。4.2.2繪制SCH原理圖步驟：1. 建立原理圖紙2. 選擇圖紙樣式3. 定位元件和加載元件庫及放置元件4. 設(shè)置元件的格式及名稱編號5. 生成網(wǎng)絡(luò)表格原理圖 如圖 4-2-1STTL砧M卜-lIIIL-Cg_4I|卜_J_一一_L圖4-2-1溫度測量儀protel原理圖6. 把SCH文件變成PCB板，擺放好原件并進行布線423做SCH零件庫元件1. 先來打開SCH文件，選中教學(xué)提供的那個SCH零件

16、庫，然后選編輯，進入SCH零件編輯器；2. 在這個現(xiàn)有的庫中新建一個SCH零件，單擊“ Tools ”工具條，NewComp onent 選項；3. 要注意SCH零件的管腳的電氣連接有效點是有講究的！4. 給零件庫中的零件改名字，單擊“ Tools ”工具條嗎，RenameComponent選項；5. 保存做好的元件。4.2.4做PCB零件封裝打開PCB選擇PCB封裝庫，按圖選擇編輯按紐進入 PCB封裝編輯器；1. 轉(zhuǎn)換制式，改為公制：單擊“ View”，選擇Toggle Units ；2. 新建一 PCB封裝：單擊“ Tools ”、“ New Componen” 選項；3. 彈出一 Com

17、ponent Wizard 工具框, 選擇“ Cancel”；4. 把圭寸裝的起始位置定位為絕對中心：單擊Edit選項卡，選擇“ Jump再選“Reference ”選項；5. 做封裝時，重點注意焊盤的名稱中文注釋；6. 單擊“ Reports ”中的“Measure Distanee ”選項測量圭寸裝的尺寸是否精確；7. 完成封裝。PCB電路封裝圖如圖4-2-2所示圖4-2-2 PCB電路封裝圖4.3 溫度測量儀的調(diào)試1.調(diào)試要點和注意事項：用溫度計測傳感器處的溫度 TC )如T=27C( 300K )。若取R0=10K Q,則 U1=3V調(diào)整Ur的值使U2=-270mV,若放大器的放大倍數(shù)

18、為10倍，則放大器的 輸出U3應(yīng)為2.7V。測比較器的比較電壓U2值,使其等于所設(shè)定的溫度乘以0.1V, 如設(shè)定溫度為50C,則值為5V。比較器的輸出可接發(fā)光二極管。把溫度傳感器 加熱(可以電吹風(fēng)吹)在溫度小于設(shè)定值前發(fā)光二極管應(yīng)處于熄滅狀態(tài),反之, 為點亮。2. 實物的調(diào)試： 溫度測量儀測試：經(jīng)過溫度計的測試已知電吹風(fēng)分為三個檔次的風(fēng)力,且風(fēng)力分別大約等于25C、50C、60C,所以我們決定使用電吹風(fēng)的風(fēng)熱吹到 AD590 上。將電吹風(fēng)對著AD590吹小風(fēng)，即當恒流源取300uA( 300K)時，轉(zhuǎn)化為溫度 是300-273=27C，而所測U3的電壓值為2.53V，與已知的理論值2.7V不符

19、合， 調(diào)節(jié)電路板上電位器使U3的值大約為2.7V即可。電吹風(fēng)吹中檔風(fēng)，即當恒流源 取323uA(323K)時，轉(zhuǎn)化為溫度是323-273=50C，而U3的電壓值4.13V，與已 知的理論值不符合，調(diào)節(jié)其電位器使 U3的值大約為5V即可。當電吹風(fēng)開到最大 檔風(fēng)力，即當恒流源取333uA(333K)時，轉(zhuǎn)化為溫度是333-273=60C,而U3的 電壓值大約為5.99V，與已知理論值基本6V相同，所以，調(diào)試成功，可以通過 此裝置測得溫度。第五章 結(jié)束語本次課程設(shè)計完成的是基于集成溫度傳感器 AD590 的溫度測量來報警的設(shè) 計，并通過發(fā)光二極管是否發(fā)光來判斷是否超過預(yù)置的溫度。 通過近半個月的不 斷努力，最終實現(xiàn)了任務(wù)目標。 本次設(shè)計主要是對在溫度測量的智能化、 集成化 方面的探索，這也是溫度測試發(fā)展的趨勢。 同時，也是測控技術(shù)未來發(fā)展的趨勢。設(shè)計是理論知識與實踐的完美結(jié)合， 對于現(xiàn)代大學(xué)生的實踐能力是個很好的 培養(yǎng)。短短的半個月的時間里，我的主要工作是繪制原理圖和制作PCB板圖。我對PROTE這款軟件的基本操作及軟件特性有了一個初步的了解，在整個學(xué)習(xí) 過程中，常常遇到這樣那樣的問題， 但在優(yōu)秀同學(xué)幫助下， 最后作出了原理圖和