数字式温度计.ppt

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1、数字式温度计电子1002班19号徐世杰设计任务设计并制作一个数字温度计，温度传感器选用负温度系数的热敏电阻。（1）基本要求实验中，用所实现的数字温度计测量室温和杯内水的温度，并用给定的数字温度表做校验标准，调整和检验所设计的温度计的测量误差。要求测量的温度范围为20~50℃时，显示精度为0.1℃，测量误差不大于2℃。热敏电阻的典型特性热敏电阻的典型特性如表所示。（2）提高内容要求在20~50℃范围内测量误差不大于1℃，显示精度为0.1℃。（3）选作内容要求在-10~80℃范围内测量误差小于1℃，且具有记忆一昼

2、夜最低温度、最高温度的功能。温度/℃-18-8516253346556680电阻/千欧823819.812.98.56.13.72.51.731.14实验原理半导体热敏电阻具有灵敏度高、体积小和反应速度快等特点。半导体热敏电阻有多种类型，适合连续温度测量用的是具有负温度系数（NTC）的热敏电阻，温度越高，其阻值越小，且阻值与温度的关系是非线性的。数字式温度计的原理框图如下图所示。数字式温度计的原理框图如下图所示。图中，通过热敏电阻和相应的电路将温度变化转化为电压信号，放大后先送至线性校正电路。由于所用的热敏电

3、阻的阻值和温度的关系是非线性的，为使电路显示出准确的温度值，须将热敏电阻的非线性特性通过校正电路转换电压随温度线性变化。由线性校正电路输出的电压信号送至模数转换电路，转换成数字信号，去驱动显示电路，显示出被测温度值。1、将电阻与电压线性化：一个热敏电阻的阻值～温度模型为指数模型。式中R0为在温度T0下测得的标称电阻，T为热力学温度(K)。这个模型可以简化为以下的模型：式中A和B为与电阻性质有关的参数。将代表温度变化的物理量——电阻转换为可供显示的物理量——电压。热敏电阻的电阻值与温度的关系一般可近似地看成是

4、双曲函数的关系，但是用一个双曲函数来表达误差还较大。为了使拟合更加接近真实情况，往往用几段双曲线相接。利用MATLAB对T-Rt关系进行函数逼近如图。-18℃至80℃的温度拟合从图中可以发现函数存在较大偏差，不符合实验要求。重新选取16℃至55℃五个温度点拟合16℃至55℃的温度拟合基本要求必做部分主要分为以下几个模块：电阻-电压转换电路、高温和低温补偿电路、数模转换电路、显示电路以及比较电路和整流电路、自刷新电路等。（1）数模转换电路数模转换电路用于将计数器的计数值转换为模拟电压值，与电阻转换得到的电压

5、值作比较。其电路结构如下。上下两个计数器分别为高位和低位的计数，其中低位为十截止计数。通过权电流网络将数字信号转换为电平，再由运放输出。两个电平进入后一级运放作比例求和，比例恰好设为10：1，这样高低位信号求和为电压信号。输出电平为：其中D为计数器显示的数字。这里理论上给出-0.1D会比较好，但因为没有特定阻值的电阻，因此没有构成-0.1D，这个问题可以在后面的电阻电压转换电路中修正。此模块电路图见下页：（2）电阻电压转换电路用于将热敏电阻的阻值转换为电压值。其电路结构如下。其中，RT是热敏电阻，R1、R2和

6、R3都是用于调节电压输出的电阻。其输出电压为：对比（后一个式子是计数器DA电路的输出电压）可以确定几个参数（3）高低温补偿电路这个模块是为了对高温点和低温点的电压值作线性补偿而设计的。使用一个运放加上二极管，利用二极管的单向导通特性，使电压值乘以一个系数。电路结构如下。其中，左侧的二极管用于高温补偿，右侧的二极管用于低温补偿。两个电压源，以及三个电阻的比值决定了补偿值。对于高温情况，在二极管导通的情况下，补偿值为：对于低温情况，在二极管导通的情况下，补偿值为这里需要把Matlab中计算出的补偿值换算为电压值。

7、按照上面给出的补偿公式计算出补偿的电压和输入电压的对应表格如下。对比表达式，可以取实际实验时，两个电压值根据了实验所使用的二极管压降有所调整。而电阻值也做了相应的调整以满足补偿效果，图中的R30~R32分别调整为68K，100K，100K。（4）整流电路这个模块用于将所有的输入电压统一变换为负电压，这样才能将负温度点的电压也能与计数器比较。电路结构如下。（5）比较电路这个模块将两路电压值比较并控制两个计数器的时钟，当计数器的DA电压已经高出电阻转换出的电压时，计数停止。同时为了匹配数字电路和模拟电路，加上一个

8、电平匹配。电路结构如下。（6）自刷新电路自刷新电路控制两个计数器的自动清零，以便实时监控温度。因为实验箱上提供的是10Hz的时钟源，因此使用161计数到4产生一个清零信号，使计数器复位。这样的刷新率为2Hz。电路结构如下。