-NTC溫度監(jiān)測及控制電路

1、大慶石油學(xué)院課程設(shè)計課程電子技術(shù)課程設(shè)計題目NTC溫度監(jiān)測及控制電路院系電氣信息工程學(xué)院自動化系專業(yè)班級自動化07-2班學(xué)生姓名李連會學(xué)生學(xué)號 學(xué)0601140215指導(dǎo)教師徐建軍高金蘭2009年6月29日大慶石油學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程電子技術(shù)課程設(shè)計題目NTC溫度監(jiān)測及控制電路專業(yè) 自動化 姓名 李連會 學(xué)號 070601140215主要內(nèi)容：運用雙臂電橋、差動集成運放、滯回比較器設(shè)計溫度監(jiān)測及控制電路?；疽螅?1)、檢測電路采用熱敏電阻 Rt (NTC)作為測溫元件。(2)、用100Q /2W的電阻元件作為加熱裝置。(3)、設(shè)計溫度檢測電路和溫度控制電路。(4)、具有自動指示 加熱”與

2、 停止”功能。(5)、寫出完整的設(shè)計及實驗調(diào)試總結(jié)報告。參考資料：1孫淑燕，張青.電子技術(shù)教學(xué)實踐指導(dǎo)書M.北京：中國電力出版社， 2005.10.2劉潤華，劉立山.模擬電子技術(shù)M.山東:石油大學(xué)出版社,2003.3廖先蕓，郝軍.電子技術(shù)實踐教程M.北京:石油工業(yè)出版社，1998.5.4汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗M.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2006.8.5彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限2009.6.29至 2009.7.3指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2009年6月27日目錄1設(shè)計要求1.2方案設(shè)計1.2.1 設(shè)計思路1.2.2 總體方案方框圖 1.2.3 基本原

3、理2.3總體方案的選擇和設(shè)計 2.3.1 PTC溫度控制電路 2.3.2 NTC溫度監(jiān)測及控制電路 34單元電路的設(shè)計3.4.1 含有熱敏電阻的橋式放大電路 31、測溫電橋3.2、差動放大電路4.4.2 滯回比較器5.4.3 輸出警報和控制電路 .6.4.4 元件參數(shù)的計算及選擇61、差分放大電路6.2、橋式測溫放大電路 7.3、滯回比較器7.5總電路圖8.6總結(jié)8.參考文獻9.附錄101設(shè)計要求運用雙臂電橋、差動集成運放、滯回比較器設(shè)計溫度監(jiān)測及控制電路。(1)、檢測電路采用熱敏電阻 Rt (NTC)作為測溫元件。(2)、用100Q /2W的電阻元件作為加熱裝置。(3)、設(shè)計溫度檢測電路和溫

4、度控制電路。(4)、具有自動指示 加熱”與 停止”功能。(5)、寫出完整的設(shè)計及實驗總結(jié)報告。2方案設(shè)計2.1設(shè)計思路根據(jù)課題要求，電路主要包括四個部分。(1)由具有負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻( NTC)為一臂組成測溫電橋的 傳感器，來測量溫度。(2)由差動放大電路，將測得的溫度信號按比例放大。(3)測溫電橋輸出經(jīng)測量放大器放大后由滯回比較器輸出加熱“ 停止”信號。改變滯回比較器的比較電壓 Ur即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回 比較器的滯回寬度確定。(4)滯回比較器輸出的信號經(jīng)三極管放大后控制加熱器加熱”與 停止”。2.2 總體方案方框圖圖1基本原理框圖2.3 基本原理基本原理框圖如圖

5、1所示。采用負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測溫電橋， 其輸出經(jīng)測量放大器放大后由滯回比較器輸出 加熱”與 停止”信號，經(jīng)三極管放 大后控制加熱器 加熱”與停止"。改變滯回比較器的比較電壓 Ur即改變控溫的 范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬度確定。3總體方案的選擇和設(shè)計3.1 PTC溫度控制電路* * Vdd4圖2 TC620結(jié)構(gòu)圖在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度升高而增加的熱敏電阻器成為正溫度系數(shù)熱 敏電阻器，簡稱PTC元件。TC620是一種新型智能溫度控制集成電路.其內(nèi)部主要由溫度傳感器（ PTC 熱敏電阻）、基準(zhǔn)電壓源、溫度/電壓變換器、兩個帶滯回的

6、電壓比較器及鎖存器 等組成。其主要特性參數(shù)為：工作電壓范圍 4. 5V18V;最大士作電流200mA; 最大輸出電流可達1mA;輸出阻抗400Q;測溫范圍-55C+ 125C；溫度測量精 度BC。TC620的實際結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。A1A2及Ci組成低于溫度下限報警的輸 出，Ai、A3及C2組成高于溫度上限報警的輸出。Ci的輸出經(jīng)反相后與C2的輸出 一起作為RS觸發(fā)器的輸入，由CON端輸出溫度控制信號。外接兩個電阻Rsl和 Rsh,其電阻值的大小可由公式 Rsh （Rsl） =0.59972.1312X T求出（式中T為絕對 溫度）。從理論上講，恒定溫度是一個“點”。實際上，為了防止頻繁的通斷

7、信號而 損壞繼電器，恒定溫度應(yīng)是一個溫度區(qū)間，這個區(qū)間的溫度差值根據(jù)所要求的包 溫精度確定，如23CO在設(shè)計電路時，可根據(jù)恒定溫度選擇溫度上限電阻 Rsh, 在以低于恒定溫度23c的溫度選擇溫度下限電阻 Rsl。這樣，當(dāng)溫度高于上限 時，繼電器斷開（保溫）；當(dāng)溫度低于下限時，繼電器吸合，從而實現(xiàn)恒溫目的。3.2 NTC溫度監(jiān)測及控制電路如圖NTC溫度監(jiān)測及控制電路是由負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測溫電橋， 具輸出經(jīng)測量放大器放大后由滯回比較器輸出 加熱”與 停止”信號，經(jīng)三極管放大后控制加熱器 加熱”與 停止"。改變滯回比 較器的比較電壓Ur即改變控溫的范

8、圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬 度確定。差動放大器輸出電壓Uoi經(jīng)分壓后A2組成的滯回比較器，與反向輸入端的 參考電壓U r相比較。當(dāng)同相輸入端的電壓信號大于反相輸入端的電壓時，A2輸入正飽和電壓，三極管T飽和導(dǎo)通。通過發(fā)光二極管 LED的發(fā)光情況，可見負(fù) 載的工作狀態(tài)為加熱。反之，為同相輸入信號小于反相輸入電壓時，A2輸出負(fù)飽 和電壓，三極管T截止，LED熄滅，負(fù)載的工作狀態(tài)為停止。調(diào)節(jié)Rw4可以改變 參考電平，也同時調(diào)節(jié)了上下門限電平，從而達到設(shè)定溫度的目的。4單元電路的設(shè)計4.1 含有熱敏電阻的橋式放大電路1、測溫電橋如圖3所示，由R、R2、R3、Rw1及Rt組成測溫電橋，其中R

9、t是溫度傳感 器。具呈現(xiàn)出的阻值與溫度成線性變化關(guān)系且具有負(fù)溫度系數(shù)，而溫度系數(shù)又與流過它的工作電流有關(guān)。為了穩(wěn)定Rt的工作電流，達到穩(wěn)定其溫度系數(shù)的目的， 設(shè)置了穩(wěn)壓管D2。Rw1可決定測溫電橋的平衡。100/2W圖3測溫電橋電路2、差動放大電路如圖4所示，由Al及外圍電路組成的差動放大電路，將測溫電橋輸出電壓U按比例放大。具輸出電壓）UbN ,R7RW2R4R7RW2、/R6U°l（R ）Ua（ R ）（R R當(dāng) R4=R5,（R7 + RW2）=R6 時uoi.rl1Bw2（ub-ua）（1）R4RW3用于差動放大器調(diào)零?？梢姴顒臃糯箅娐返妮敵鲭妷篣oi僅取決于二個輸入電壓之差

10、和外部電阻的比值。4.2 滯回比較器圖5同相滯回比器圖6電壓傳輸性差動放大器的輸出電壓Uoi輸入由A2組成的滯回比較器。滯回比較器的單元電路如圖5所示，設(shè)比較器輸出高電平為 Uoh,輸出低電 平為Uql,參考電壓Ur加在反相輸入端。當(dāng)輸出為高電平Uoh時，運放同相輸入端電位U = RFUi + RUoh（2）R2 RfR2 Rf當(dāng)Ui減小到使U+h = Ur,即Ui =Utl = R2 + RfUr_®Uqh（3）RfRf此后，Ui稍有減小，輸出就從高電 平跳變?yōu)榈碗娖?。?dāng)輸出為低電平Uol時，運放同相輸入端電位R2RfRUiRfR2R2RfUql(4)當(dāng)Ui增大到使U+l=Ur,即

11、(5)U =U R-U- -2UiTH-" R " OLRfRf此后，Ui稍有增加，輸出又從低電平跳變?yōu)楦唠娖健Ｒ虼薝tl和Uth為輸出電平跳變時對應(yīng)的輸入電平，常稱Utl為下門限電平， Uth為上門限電平，而兩者的差值Ut=UtrUtl = ®(U°h -Uol)(6)Rf稱為門限寬度，它們的大小可通過調(diào)節(jié)R2/Rf的比值來調(diào)節(jié)。圖6為滯回比較器的電壓傳輸特性。4.3 輸出警報和控制電路利用滯回比較器輸出的電壓 UO2控制一個開關(guān)三極管使報警電路中的發(fā)光 二極管顯示不同的狀態(tài)(亮/滅)，同時控制電流繼電器 KA,進而控制加熱電路 的導(dǎo)通和截止。調(diào)節(jié)滯回

12、比較器的上下門限電平可控制三極管的開關(guān)時間，從而達到設(shè)定加熱溫度的目的。電路如圖 7。U02圖7輸出警報和控制電路+ UccO+ 12V100/2W4.4 元件參數(shù)的計算及選擇1、差分放大電路如圖4所示，令A(yù)、B點分別接地,B點接地：U 01=RUAA LR(OU(8)于是UoU，U；=g-鳥UR(R R6)A (9)設(shè)計要求差動放大電路可將 A、B點電壓差4U按比例放大即令（10）R(Rw2R R) _ RW2R7R(R Q).R4可得 R = Rw2 . R選取 R4=R5=10KQ , R6=1M Q , R7=910KQ ,則Rw2 = R6-R7 =90KQ2、橋式測溫放大電路將差動

13、放大電路的A、B端與測溫電橋的A'、B'端相連，構(gòu)成一個橋式測溫 放大電路。選取常溫下Rt為1KQ的熱敏電阻，R=100KQ, R2=20KQ, Rs=220K Q , 選定室溫為平衡溫度，如圖3所示，即要求Ua-Ub=0oR1RRw1R2R3可得，Rw1R1R3- - R2=21.98KQ R3、滯回比較器如圖8設(shè)定參考電平Ur=2V,運算放大器A2選為pA741。其輸出最大電壓為± 13V,即比較器輸出低電平 Uol= -13V,輸出高電平212Uoh=+13VoR10RW4Ur=R kR10、zttRsUol = 2.15VR11求得，Rv4=16KQ,RSR1

14、1上門限電壓Uth= S -UrR11下門限電壓UtlRsR11 u R -0u 0H = 1.89VR11R11門限寬度Ut=UthUtl=®(Uoh Uol )= 0.26VR115總電路圖把上述各部分電路連接起來便構(gòu)成了完整的 NTC溫度監(jiān)測及控制電路。其 總電路圖如附錄所示。6總結(jié)本次課程設(shè)計要求設(shè)計一種音樂彩燈控制器。 應(yīng)用所學(xué)的知識及在圖書館搜 集的資料，對題目所要求的電路進行了設(shè)計。1、設(shè)計了兩種溫度控制電路進行對比，方案一是利用 PTC集成元件TC260 進行組配電路，方案二是利用 NTC熱敏電阻組配電路。方案一電路使用集成元 件相對來說比較簡單。2、在方案二的設(shè)計中

15、，用到了差分放大器、滯回比較器、測溫電橋等基本 電路。3、根據(jù)任務(wù)要求對相關(guān)參數(shù)進行了計算，并對相關(guān)元件進行了選擇。4、為了做好這次的課程設(shè)計，要充分理解電路的任務(wù)目的，先建立一個大 致的電路工作過程概念。然后再進行細(xì)節(jié)的分析，理論的驗證，最終得出一套最優(yōu)的方案。參考文獻1孫淑燕，張青.電子技術(shù)教學(xué)實踐指導(dǎo)書M.北京：中國電力出版社，2005.10.2劉潤華，劉立山.模擬電子技術(shù)M.山東:石油大學(xué)出版社,2003.3廖先蕓，郝軍.電子技術(shù)實踐教程M.北京:石油工業(yè)出版社，1998.5.4汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗M.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006.8.5彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)J.北京:高等教育出版社，1997.Dn2CW23PRa 20KQRw 110KQ100KQ 卜100 口附錄+ Ucc1 KfiRt 6V100/2WA RiRws100KHR7 910KQ10K£ R5 iokqJ1R3J22OQR61MQAi + +UnUoi 10KQ+RnRg 1 K12R w4 100KRio1 KQRs+ 12VR 12UoD2MQRL3 1 KLEDKA3DG12Rwj 100KiMfl-Ucc-12V圖9溫度監(jiān)測及控制電路大慶石油學(xué)院課程設(shè)計成績評價表課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計題目名稱NTC溫度監(jiān)測及控制電路學(xué)生姓名李連會學(xué)號