溫度測量儀課程設(shè)計

1、湖南工學(xué)院課程設(shè)計說明書課題題目：溫度測量儀專業(yè)名稱：xxxxxxxxx學(xué)生班級：xxxxxxxxx學(xué)生姓名：xxxxxxxxx學(xué)生學(xué)號：xxxxxxxxx指導(dǎo)教師：xxxxxxxxx報告時間：xxxxxxxxx小組人員：xxxxxxxxx課程設(shè)計任務(wù)書一 設(shè)計目的1、通過對溫度測量電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試了解溫度傳感器的性能，學(xué)會在實際電路中應(yīng)用；2、進一步熟悉集成運放的線性和非線性應(yīng)用。二 設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：要求設(shè)計一個溫度測量器件，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）測溫范圍：室溫50；（2）被測溫度達到50時，指示燈亮（或蜂鳴器工作）；2、設(shè)計要求 （1）設(shè)計一個能滿足要求的溫度測量

2、及報警電路；（2）要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制板圖（選做）；（3）根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計好電路，選好元件及參數(shù)；（4）在萬能板、PCB板上或面包板上安裝好電路并調(diào)試；（5）擬定測試方案和設(shè)計步驟；（6）撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)及使用說明書。3、設(shè)計擴展要求（1）能顯示輸出溫度；目 錄第1章 緒論 1 1.1電子技術(shù)的發(fā)展趨勢 11.2 本人的主要工作 2 第2章 溫度測量儀的電路設(shè)計 32.1 溫度測量儀總體框圖 3 2.2 AD590集成溫度傳感器 32.3 K變換器 42.4 放大器52.5 比較器 52.6 報警設(shè)備62.7 電路原理圖7第3章 仿真與制作 83.1 電路的

3、仿真 83.2 仿真結(jié)果及其分析123.3 溫度測量儀的調(diào)試 12第4章 總結(jié)報告 13附錄A元件清單14附錄B 實物圖15 參考文獻16 第1章 緒論1.1電子技術(shù)的發(fā)展趨勢電子技術(shù)是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術(shù)，二十世紀發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志。進入21世紀，人們面臨的是以微電子技術(shù)（半導(dǎo)體和集成電路為代表）電子計算機和因特網(wǎng)為標(biāo)志的信息社會。高科技的廣泛應(yīng)用使社會生產(chǎn)力和經(jīng)濟獲得了空前的發(fā)展。現(xiàn)代子技術(shù)在國防、科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊（信息處理、傳輸和交流）及文化生活等各個領(lǐng)域中都起著巨大的作用。現(xiàn)在的世界，電子技術(shù)無處不在：收音機、彩電、

4、音響、VCD、DVD、電子手表、數(shù)碼相機、微電腦、大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)流水線、因特網(wǎng)、機器人、航天飛機、宇宙探測儀，可以說，人們現(xiàn)在生活在電子世界中，一天也離不開它。電子管時代（19051948）。四十年代末世界上誕生了第一只半導(dǎo)體三極管，它以小巧、輕便、省電、壽 命長等特點，很快地被各國應(yīng)用起來，在很大范圍內(nèi)取代了電子管。五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使電子產(chǎn)品向更小型化發(fā)展。集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產(chǎn)品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展。晶體管時代（19481

5、959）。1947年 貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊研制成第一個點接觸型晶體管，揭開了晶體管的發(fā)展序幕。集成電路階段（1960至今）。自1958年第一塊集成元件問世以來，集成電路已經(jīng)跨越了小、中、大、超大、特大、巨大規(guī)模幾個臺階，集成度平均每2年提高近3倍。隨著集成度的提高，器件尺寸不斷減小。而本實驗所研究的溫度測量儀，由于其可靠性高、便攜性好、功能齊全、功耗低、適用場合廣泛、測溫精度高等特點，廣泛應(yīng)用于溫度差測量領(lǐng)域。1.2 本人的主要工作1.根據(jù)所設(shè)計的電路原理圖檢查實物電路是否正確。2.在該實物電路正確的基礎(chǔ)上對實物進行調(diào)試。第2章 溫度測量儀的電路設(shè)計2.1 溫度測量儀總體框圖 使用

6、溫度測量儀，首先經(jīng)過AD590集成溫度傳感器的作用，使外界溫度轉(zhuǎn)換為電流用表示。因為上述為絕對溫度K和電流之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而在設(shè)計中我們需要采用，所以我們必須使其轉(zhuǎn)換成攝氏溫度和電流之間的關(guān)系，這就要用到K變換器。通過K變換器的作用，我們便得到想要的和電流之間的直接轉(zhuǎn)換關(guān)系。得到的電流再經(jīng)過放大器的放大，即可直接用電壓表讀出被測對象的溫度值。然后放大后的電壓接一比較器，比較器的輸出端接報警設(shè)備。報警設(shè)備可由一個發(fā)光二極管組成。在設(shè)置了預(yù)警溫度后，由比較器輸出端的電壓決定二極管是否發(fā)光，從而起到警報作用?；驹韴D如圖所示。 電壓表報警設(shè)備比較器被測對象象K變換放大 圖溫度測量儀原理框圖2.2

7、AD590集成溫度傳感器AD590是利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當(dāng)于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。即使電源在515V之間變化，其電流只是在1A以下作微小變化.1、流過器件的電流(A) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文) 度數(shù)。2、 可測量范圍-55至150.3、 供電電壓范圍+4V至+30V.AD590集成溫度傳感器進行溫度電流轉(zhuǎn)換。它是一種電流型二端器件，其內(nèi)部已作修正，具有良好的互換性和線性。有消除電源波動的特性。輸出阻抗達10M，轉(zhuǎn)換當(dāng)量為。器件采用B1型金屬殼封裝。溫度電

8、壓變換電路如圖所示。由圖可得：由 （R一般取10K）所以。 圖D590原件符號 電壓轉(zhuǎn)換電路2.3 K變換器因為AD590的溫控電流值是對應(yīng)絕對溫度K，而在設(shè)計中需要采用，由運放組成的加法器可以實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，參考電路如下圖2.3 圖2.3 K變換電路 設(shè)流經(jīng)R2,R1,R3的電流分別為 對圖2.3的反相輸入節(jié)點可列出下面的方程： 由此得 ( )若 （實際應(yīng)用中可取R1=R2=R3=5 K）而 計算得 則式 ( )可變?yōu)?（ )元件參數(shù)的確定和UR選取的指導(dǎo)思想是：0（即273K）時，U2 = 0 V綜合式（），可得。 ( )2.4 放大器 圖2.4 反相比例放大器設(shè)流經(jīng)R4，R6的電流分別為i

9、4，i6。 由虛斷的概念可知，i4=i6， 所以得出: （）為了提供一個合適的靜態(tài)偏置，以及減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，故在其同向端接入一個平衡電阻 ( )要使U3滿足100mV/， 又因為 U2=10mV/，由式（）可得 所以我們可取 2.5 比較器電壓比較器是集成運放非線性應(yīng)用電路,常用于各種電子設(shè)備中.它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。 圖 電壓比較器由電壓比較器組成，如圖2.5所示。Uref為報警時溫度設(shè)定電壓5V，R7,R8用于穩(wěn)定輸入電壓。R9用于改善比較器的遲滯特性，R10用于報警設(shè)備的輸入電阻

10、，用來控制輸入電流的大小。這些電阻決定了系統(tǒng)的精度。由比較器的虛短和虛斷概念得（）經(jīng)過調(diào)試，可取 2.6報警設(shè)備發(fā)光二極管為其核心設(shè)備,其發(fā)熱量小，耗電量也少，節(jié)能。由低壓電源供給，供電電壓大大約為6-24 V之間。當(dāng)?shù)闹敌∮诘闹禃r，輸出為低電平，三極管截止，發(fā)光二極管無響應(yīng)。當(dāng)?shù)碾妷褐荡笥跁r，輸出為高電平，三極管導(dǎo)通，此時發(fā)光二極管發(fā)光，產(chǎn)生警報！ 圖 發(fā)光二極管 2.7 2.7電路原理圖由上述各設(shè)計電路可得出如圖2.7所示電路原理圖。 圖2.7 第3章 仿真與制作3.1 電路的仿真仿真電路如圖3.1.1和所示 其中，圖3.1.1是溫度未達警戒線50的仿真電路；圖3.1.2是溫度剛好為50的

11、仿真電路；圖3.1.3是溫度超過警戒線50的仿真電路。圖3.1.1 27時 圖3.1.2 50時圖3.1.3 60時3.2 仿真結(jié)果及其分析由圖 可以看出：當(dāng)恒流源取300uA（300K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是300-273=27，而的電壓值大約為2.7V，即仿真所得的實際結(jié)果與理論相同。 由圖 可以看出：當(dāng)恒流源取323uA（323K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是323-273=50，而的電壓值大約為5V，即仿真所得的實際結(jié)果與理論相同。由圖 可以看出：當(dāng)恒流源取333uA（333K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是333-273=60，而的電壓值大約為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

12、測得溫度。3.3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T()如T=27（300K）。若取R0=10K，則U1=3V調(diào)整UR的值使U2=-270mV,若放大器的放大倍數(shù)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50，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：當(dāng)恒流源取300uA（300K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是300-273=27，而所測的電壓值為2.53V，與已知的理論值2.7V不

13、符合，應(yīng)調(diào)節(jié)電路板上電位器使的值大約為2.7V即可。當(dāng)恒流源取323uA（323K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是323-273=50，而的電壓值4.13V，與已知的理論值不符合，應(yīng)調(diào)節(jié)其電位器使的值大約為5V即可。當(dāng)恒流源取333uA（333K）時，轉(zhuǎn)化為溫度是333-273=60，而的電壓值大約為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4章 總結(jié)報告經(jīng)過了一個星期的課程設(shè)計，我感想頗多。這篇關(guān)于溫度測量儀的課程設(shè)計說明書，終于圓滿完成了。期間，方便的網(wǎng)絡(luò)給我提供大量的書本上所沒有資料。通過自己親手設(shè)計，增加了對這門學(xué)科的興趣，而且，由于之前的有關(guān)內(nèi)容學(xué)的不是很扎

14、實，導(dǎo)致剛動手的時候，遇到很大的阻力。但在查閱了大量的資料后，這些內(nèi)容所包含的知識點要比讓我有了深刻的理解?？梢娡ㄟ^實際的動手操作，能夠更好的掌握所學(xué)的知識。這讓我明白了實踐的重要性。理論知識固然重要，但只有將理論投入到實踐中去檢驗，才能體現(xiàn)出理論的價值。電路元件只有焊接到電路板上，才能發(fā)揮其真正的作用，單純的研究理論知識，而不去動手實踐，我們就不能全面發(fā)展，就不能成為真正對社會有意義的人。最后，我還明白了團隊合作的重要性。單純靠一個人的力量是無法完成的。只有在一個團隊的共同努力下，才能最終走向成功。這次課程設(shè)計，帶給我很多的教訓(xùn)，但更多的是經(jīng)驗，我相信我會越來越成熟。附錄A元件清單實驗元件型號數(shù)量普通二級管 2CP11穩(wěn)壓管 2CW1