温度测量与控制电路课程设计

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1、一．【课题名称】：温度测量与控制电路二．【技术要求】：1.测量温度范围为200C～1650C，精度0.50C；2.被测量温度与控制温度均可数字显示；3.控制温度连续可调；4.温度超过设定值时，产生声光报警。三．【摘要】：随着数字化时代的到来，用传统的水银或酒精温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、而且功能单一,已经不能满足人们的要求。于是提出，测温电路利用铂热电阻桥式温度传感器监测外界温度的变化,通过三运放差分放大电路将温度传感器的阻值变化转换的电压信号的变化放大,然后利用A/D转换实现模拟信号到数字信号的转换，,根据模拟电路部分电路原理计算得出

2、最后输出电压与温度值的关系,并通过数码管显示当前值，使其与温度数值上相等，从而实现温度的测量；并利用单限比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内；再者还加载了报警装置，当被测温度超出设定温度范围时，声光报警装置工作，使它的功能更加完善，使用方便起来。本设计是采用了温度的测量、温度的显示、温度的控制和报警装置三部分来具体实现上述目的的。四．【关键词】：温度传感A/D转换数字比较声光报警温控执行五．【正文】：一．系统概述和总体方案论证与选择在本系统的总体设计中，有以下两种思路：方案A如图1-1-1所示，温度传感器模块

3、将温度线性地转变为电压信号，经过放大电路，一路输入给A/D转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。图0.0总体设计方案A框图方案B如图1-1-2所示，温度传感模块和A/D转换模块，译码显示模块，温控执行和报警模块均与方案A相同，不同处在于控制温度设定方式和温度超限判断方式。方案A的超限判断模块和控制温度设定主要使用模拟信号，该方案易受外界干扰如使用环境温度等因素，另外由于滑变设定温度不易

4、精确调节，误差较大。方案B主要采用数字逻辑芯片数字比较器、锁存器等控制实现，其工作的稳定性、准确性和功能扩展性较强。图0.1总体设计方案B框图二．单元电路设计（一）温度传感模块温度的测量和实现原理图低通滤波器差动输入放大器温度传感器工作原理：温度测量电路如图1.0所示，它由传感器电桥、三运放差分放大器和二阶低通滤波器组成。采用阻值pt100铂金属热电阻为传感器，它的阻值跟温度的变化成正比，其关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.51欧姆。它有较高的测量精度，并且在较大的温度范围内有很好的线性。通过测温电桥把

5、电阻随温度的变化转换为电压的变化，再通过一个三运放差分放大电路将小信号电压值放大，最后经过一个二阶有源低通滤波器，得到电压值。首先调节滑动变阻器Rp1使温度等于0℃时输出电桥平衡，即输出为零；然后调节滑动变阻器Rp2改变电压放大倍数，使温度等于100℃时，输出电压为1V，满足输出电压和温度成线性关系，这样数值关系有U0=T/100。由该电压值可以直接推知当前温度值，从而达到温度测量的目的。分度表：-50度80.31欧姆-40度84.27欧姆-30度88.22欧姆-20度92.16欧姆-10度96.09欧姆0度100.00欧姆10度103.90欧姆20度1

6、07.79欧姆30度111.67欧姆40度115.54欧姆50度119.40欧姆60度123.24欧姆70度127.08欧姆80度130.90欧姆90度134.71欧姆100度138.51欧姆110度142.29欧姆120度146.07欧姆130度149.83欧姆140度153.58欧姆150度157.33欧姆160度161.05欧姆170度164.77欧姆180度168.48欧姆190度172.17欧姆200度175.86欧姆1.温度测量的实现过程及参数计算实现方式：桥式测电阻，原理图如图1.1所示图1.1铂电阻和温度变化的关系式：Rt=Ro(1+αT

7、)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度；在这里，我们采用传感器电桥实现温度测量工作原理：利用电桥将随温度变化的阻值转换为电压，电桥输出电压为：Ux=U(R1.Rp1—R2Rt)/(R1+Rt)(R2+Rp1)若取R1=R2=R0,调节电位器，使其等于00C时的Rt值Rt0，则，00C时电桥输出Ux=0V，当温度变化使热电阻的阻值增大△Rt时，电桥输出：Ux=—R0△Rt/（R0+Rt0+△Rt）(R0+Rp1)·U？（式1）式中分母中含有△Rt项，故除测温电阻的非线性误差外，又增加了转换电路的非线性误差。故选择参数时应注

8、意要满足△Rt《R0+Rt0这一条件。参数选择：由Rt20=107.79Ω，Rt