[电子设计精品] 温度测量系统设计报告

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1、2007年电子设计报告设计说明书设计题目：温度测量系统专业：电子科学与技术学生：指导教师：2007年6月3日一、方案的比较与电路的选择方案一：（晶体管3DG6作为温度传感器）在现代工农业生产过程中，环境温度的测量和控制是极为普遍和重要的。为了提高生产效率，降低生产成本，寻求性能可*价格低廉，且应用广泛的元器件是生产过程的首选。本测量仪就是采用极为普遍的晶体管3DG6作为温度传感器，廉价的电压/频率转换器(V/F)LM331与AT89C51单片机组成的温度测量仪。它具有成本低，调校简便，自动补偿，测量精度

2、高的特点。半导体理论和实验证明，在-50℃～+150℃的范围内，当发射结正偏时，不管集电结反偏还是零偏，在一定的集电极电流形式下，NPN硅晶体管的基极-发射极正向电压UBE随温度T的增加而减小。并有良好的线性关系，其电压温度系数约-2.1mv/℃。因此，晶体管3DG6不但可以作为通常的电子器件使用，而且也是一种价格低廉，取材方便，性能良好的温度传感器，抗干扰性差，数据处理复杂，数据存放空间大，受市场限制（衡阳市场无LM331）。图1-1（3DG6温度采集电路）图1-2（数据处理与调整电路）参考资料：百度

3、搜索方案二：（热敏电阻测量）如图2-1所示是一种常用的热敏电阻测量原理电路，由电源，电阻电桥，运放和输出四部分组成。电源部分包括R4，R6，C1，U1B。R4，R6为分压电路，C1主要滤除Vcc中的纹波，U1B为LM324运放，工作于电压跟随方式，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低，为后级电桥提供稳定的电流。电桥由R1，R2，R3，R13及U2（热敏电阻）组成，通过调节R13使电桥平衡，当温度发生变化时，热敏电阻阻值发生变化，电桥产生电位差。运放电路由R7，R8，R9，R10及U1A组成，这是一种灵敏度高的

4、电桥放大电路，放大倍数由R9/R8得到。输出电路由R5，R12，R14，D1组成，调节R14可以调整输出电压幅度。D1主要用于防止输出负电压，保护后级A/D电路。其他电阻类传感器的工作原理与此相似，也可以分成以上几部分。热敏电阻的指数曲线特性难补偿，线性差。图2-1（热敏电阻温度采集电路）参考资料：8051单片机实践教程编著：徐爱均电子工业出版社方案三：（热敏电阻PT100）该电路采用稳压恒流电路及电桥的组合，使得电路有较好的平衡性与灵敏性。由于Pt100的变化范围较小，所以前级的放大就十分的重要，要求

5、前级误差小U1A（TL082）稳压使避免了电源对电桥的影响，同时有十分准确的电压保证后级通过Pt100的电流恒定。后级的差分放大是对ΔUi的放大，通过调节R6就能对不同温度段进行精确的测量，同时R6还起到标定的作用。电路简单，测量精度高，Pt100的线性很好，测量范围为从－200℃～＋650℃。图3-1（PT100温度采集电路）总结：通过比较得出方案三可行性最好，外围电路简单，便于标定，好调节，精度高，线性好，便于计算，电路有较好的平衡性与灵敏性，测量范围为从－200℃～＋650℃。（1）传感器的选择温

6、度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻

7、，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如Pt100、Pt1000等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD

8、7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄，一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要。热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱铑