溫度傳感器實踐模塊設(shè)計報告

1、溫度傳感器實踐模塊設(shè)計報告一、實驗目的1 .根據(jù)溫度傳感器的特性和測量電路的指標要求,設(shè)計一個放大濾波電路， 經(jīng)溫度傳感器(即伯熱電阻)采集未知的溫度信號(0。)，并由電橋電路 轉(zhuǎn)換為相應的電壓，經(jīng)過信號放大，濾波輸出一個容易分辨大小和信號處理的電 信號。并對信號進行仿真，對電路進行調(diào)整，制作PCB版電路。2 .根據(jù)PCB版圖焊接并調(diào)試測量電路，并記錄各模塊焊接和測試過程，測量 放大濾波電路特性指標，并與設(shè)計指標要求進行對照，優(yōu)化調(diào)整電路。3 .通過溫箱對溫度測量電路進行動靜態(tài)參數(shù)標定和測試，通過水浴法測動 態(tài)性能。記錄電路標定和測試過程及數(shù)據(jù)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析電路的各項指標參 數(shù)，并與設(shè)計指

2、標要求進行對照，分析測試電路的誤差源、優(yōu)缺點。二、實驗儀器、方法2.1實驗儀器Multisim 14, Altium Designer, MATLAB,信號發(fā)生器，示波器，萬用表， 電烙鐵，焊錫，松脂，尖嘴鉗，鎰子，溫箱，水浴裝置2. 2儀器使用方法Multisim 14：使用Multisim對電路進行設(shè)計,并通過Multisim自帶仿真 軟件對各部分電路進行優(yōu)化，為之后的PCB版設(shè)計提供虛擬數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。Altium Designer：用AD畫PCB的時候，一般先畫原理圖，然后再通過此軟 件生成PCB圖，最后再進行PCB布線等操作。MATLAB：使用MATLAB對數(shù)據(jù)進行線性擬合，MATLAB適

3、用于線性擬合曲線的 函數(shù):regress ()和 polyfit ()信號發(fā)生器：選擇合適的信號輸出形式(方波或正弦波)。選擇所需信號的 頻率范圍，按下相應的檔級開關(guān)，適當調(diào)節(jié)微調(diào)器，此時微調(diào)器所指示數(shù)據(jù)同檔 級數(shù)據(jù)倍乘為實際輸出信號頻率。調(diào)節(jié)信號的功率幅度，適當選擇衰減檔級開關(guān), 從而獲得所需功率的信號。從輸出接線柱分清正負連接信號輸出插線。示波器：雙蹤示波器能直接觀察電信號的波形，分析和研究電信號的變化規(guī) 律，還可測試多種電量，如：幅值、頻率、相位差和時間等。若配以傳感器，還 能對一些非電量進行測量。萬用表：萬用表乂叫多用表、三用表、復用表，是一種多功能、多量程的測 量儀表，一般萬用表可測

4、量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等， 有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導體的一些參數(shù)。是一種簡單實用 的測量儀器。如今最主流的常用萬用表是都是數(shù)字萬川表，指針萬用表很少用。 數(shù)字萬用表相對來說，屬于比較簡單的測量儀器。作為一種多用途電子測量儀器, 一般包含安培計、電壓表、歐姆計等功能，有時也稱為萬用計、多用計、多用電 表，或三用電表。三、實驗步驟(-)信號調(diào)理電路設(shè)計因為是熱電偶測量電路，所以首先需要考慮的就是溫漂對測量的影響，而差 動電橋放大電路能夠很好的抑制溫漂對測試數(shù)據(jù)的影響，因此在選擇電橋放大電路過程中，我們采用了差動電橋放大電路。而濾波器的選擇則比較簡單，因為溫

5、度的變化比較緩慢，電壓的變化隨溫度 變化也比較緩慢，而噪聲的頻率都比較高，所以采用經(jīng)典的巴特沃斯二階低通濾 波電路來滿足濾波效果。以下為我們使用Multisim進行設(shè)計的電路:L1使用差動電橋放大電路L L1確定電橋輸出電壓和差動放大倍數(shù)圖二：差動電橋放大電路1. 2采用巴特沃斯二階低通濾波器R1712；0V 丁 VDD OP07AHd2.0V圖三：巴特沃斯二階低通濾波器電路2.對電路進行仿真分析，驗證電路性能指標2. 1在Multisim中的仿真：1）使用萬用表測量各部分輸出電壓，檢測放大倍數(shù)是否正確。2）使用波特圖儀檢測濾波電路，看幅頻相頻曲線是否符合要求，以及-3dB時的截止頻率。3）使

6、用雙蹤示波器對時間常數(shù)進行測試。XBP1UTdXSC1圖三：Multisim中需要使用的儀器2.2在MATLAB中的仿真：1）使用Parameter Sweep對替換鋰I熱電阻的電阻進行阻值變換的掃描，我 們這里使用lkQ-l.385kQ的掃描范圍內(nèi)的200個點的掃描取取值，并將生成的 數(shù)據(jù)導出到Excel中，為MATLAB的進一步仿真提供數(shù)據(jù)。2）將Excel中的數(shù)據(jù)導入到MATLAB中，使用MATLAB編寫程序，對線性度、 靈敏度等進行仿真測試，觀察是否符合設(shè)計要求。圖六：使用MATLAB進行最小二乘法線性擬合3）若不符合實驗設(shè)計要求，則返回第一步重新修改電路。直到滿足各項要 求即可。（二

7、）繪制PCB版圖（三）電路焊接和調(diào)試（四）測試和標定四、實驗數(shù)據(jù)記錄L對放大倍數(shù)進行檢測:放大倍數(shù)=輸出電壓 _ 5.002V輸入差動電壓一 1.926x 10叩2.6xl06圖：對放大倍數(shù)進行檢測2 .對濾波特性曲線和濾波截止頻率的檢測在-3dB的時候，截止頻率為10赫茲，滿足設(shè)計要求，且濾波曲線符合巴特 沃斯二階低通濾波特性曲線。圖：對濾波器的截止頻率進行檢測3 .對時間常數(shù)進行檢測由圖可知:該電路的時間常數(shù)為28. 409ms,滿足設(shè)計要求。4 .對輸入輸出的數(shù)據(jù)進行模擬測量使用Parameter Sweep進行電阻模擬檢測，得到一個輸出表格，將表格輸 出到Excel中。得到輸出電壓隨輸

8、入電阻阻值變化的表格。5 .實際模塊動態(tài)標定數(shù)據(jù)通過水浴法對實際模塊的時間常數(shù)進行測定，得到如下圖兩個階躍響應圖。 并根據(jù)比例尺得到時間和幅度的關(guān)系。上升階躍響應510152025下降階躍響應6 .實際模塊的靜態(tài)標定通過溫箱對實際溫度模塊的線性度等進行測量，得到五組升溫降溫的輸出電 壓數(shù)據(jù)，并求得了平均值。結(jié)果如下圖所示。平均值010. 970610. 970910. 9712 10. 9709 10. 970710. 97086209. 76659. 76569. 76599. 76589. 7656F 9. 76588408. 14158. 14048.14088. 14078. 1414

9、r 8. 14096606. 51666. 5166. 51736. 5176. 5198 6. 51734805. 05555. 0575.05665.05625.0557F 5.05621003. 53653. 5373|3.53661 3. 53693.5372 3. 5369i降溫平均值1003. 53653. 53733. 53663. 53693. 53723. 5369804. 84784. 84854. 84794. 84844. 84784. 84808606. 29066. 29336. 29266. 29186. 29216. 29208407. 94277. 94337. 94457. 94387. 94417. 94368209. 59149. 58459. 58889. 58619. 59069.58828011. 132611. 133311. 132811. 133211.132811.13294五、實驗數(shù)據(jù)分析、處理及討論1 .線性度分析：使用MATLAB對線性度進行分析，在圖X中已經(jīng)有編寫好的程序，將Excel 中的數(shù)據(jù)導入到MATLAB中，并將輸入電阻值命名x,輸出電壓值命名為y,