热敏电阻温度计

1、 摘 要 温度是一种最基本的参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和控制需要重要的意义。热敏电阻是由半导体材料制成，它对温度的变化非常敏感。当温度变化1度，金属材料的电阻值仅变化0.4，而热敏电阻值变化可达3-6。热敏电阻体积可以做得很小，其中RC3型珠状热敏电阻大小仅与芝麻粒大小相当，其阻值可以做成几百欧姆到几千欧姆。由于热敏电阻具有对温度反应灵敏高、体积小、热惯性小等优点，因此它在自动控制、电子技术及测温技术等方面有着广泛应用。本文介绍了一种以热敏电阻为主要控制器件，以数字显示为主的新型温度计，主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括电源电路、测温控制电路和显示电路等。主控制器采用线性热敏电阻，温度传感器采用半导体芯片，显示电路利用电流表显示结果，测温控制电路由热敏电阻控制。整个系统包括主程序、测温子程序和显示程序等。关键词：线性热敏电阻；集成运算放大器；显示电路目 录1 绪 论11.1课题背景11.2温度检测技术的发展12 系统设计32.1热敏电阻温度计结构32.2电路设计33电源

2、电路53.1变压器53.2桥式整流电路53.3稳压集成模块63.3.1稳压模块63.3.2集成三端稳压器63.4稳压二极管73.4.1稳压二极管原理及特性83.4.2稳压二极管应用84 温度检测与转换电路分析94.1温度检测电路分析94.2放大电路94.3电流表104.3.1电流表头的构造104.3.2电流表的工作原理104.3.3表头G的主要参数115 电路的焊接和调试125.1制作电路板125.1.1元件选择125.1.2元器件使用中应注意的问题125.1.3电路的焊接145.2电路的调试14结 论16参考文献17致 谢18I天津职业技术师范大学2008级专科生毕业设计1 绪 论1.1课题背景日常生活及工业生产中，经常要用到温度的测量及控制，在冶金、食品加工、化工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，都要求对温度进行严格控制。在日常生活中，电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等电器也需要进行温度测量与控制。传统的测温元件有热电偶和热电阻，热电偶是工业上测量温度最常用的检测元件之一，热电阻是中低温区常用的温度检测器，它测量温度高、性能稳定。测量温度的关键是温度传感器

3、，温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。在测温电路中，使热敏电阻器件利用其感温效应，将随被温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，再将其数据进行处理，最后显示在电流表上，将被测温度显示出来。按照系统设计功能的要求，确定系统有几个模块组成：电源电路、集成运算放大器、温度检测及显示电路组成。电源电路采用变压器变压，整流滤波器整流后再用两个集成稳压块稳压，为电路提供一个稳压电源，集成运算放大器采用LF412八个管脚的运算放大器，用万用表以动态扫描法实现温度显示。1.2温度检测技术的发展近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。（1）晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大12个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理己研制了各种温度检测元件。 （2）集成电路温度检测元件利用硅晶体管基极发射极间电压与温度关系（即半导体PN结的温度特性）进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，

4、封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。目前，国内外也进行了生产。 （3）核磁共振温度检测器这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可作理想的标准温度计之用。 （4）热噪声温度检测器其原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性，可以直接读出绝对温度值而不受材料和环境条件限制的温度检测器。 （5）石英晶体温度检测器 它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振频率随温度变化的特性来制作的。它利用P技术，自动补偿石英晶片的非线性，测量精度较高，一般可检测到0.001，所以可作标准检测之用。 （6）微波温度检测器采用微波测温可以达到快速测量高温的目的。它是利用在不同温度下，温度与控制电压成线性关系的原理制成的。这种检测器的灵敏度为250kHZ/，精度为1%左右，检测范围为201400。 （7）信息技术时代自动化系统中的温度检测仪表现代的工业过程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现的新一代的自动控制系统。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自控装置之间的数字式

5、、串行、多点通信的数据总线。所有的现场仪表（温度检测仪表是其中一种）均接到现场总线上。在这样的系统中，通常不应使用各有不同输出的温度计，必须将输出转变成统一的电信号，这样“温度计”就变成了“温度变送器”。 2 系统设计2.1热敏电阻温度计结构 系统主要是由电源电路部分，放大电路部分，温度检测部分，显示部分组成。电源电路温度检测放大电路温度显示图2-1 系统结构如框图2-1所示，电路电源将进行变压、整流、稳压后为整个电路提供稳定电压源；温度检测部分则采用热敏电阻，它的反应非常灵敏，利用其阻值随温度的变化，检测温度；差动放大器将电压差值放大后转变成电压，将数值显示在电流表上。2.2电路设计图2-2 系统原理图如图2-2所示热敏电阻温度计设计原理图，电压经过变压、整流、稳压后为电路提供稳定的电源。热敏电阻阻值会随温度变化，进而使集成运算输入信号发生变化，运算放大器LM741与反馈电阻Rf和RP3组成一个放大量可调整的信号放大电路，用来放大采集到的信号，输出信号送到电流表显示。调节RP3可使表头指针归零。热敏电阻Rt和可调电阻RP2接在运算放大器的同相输入端，调节RP2可使表针指示到所要求的表

6、盘中心刻度位置。RP4为表头满度调节电阻，调节RP4将表头满度值调整为5V。RP1为测量温度时表头温度满度值（本设计为50度）时的调节电阻。 3 电源电路电子设备一般都需要直流电源供电，这些直流电除了少数直接利用电池和直流发电机外，大多数都是采用把直流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。图3-1电源电路组成3.1变压器 变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电力系统中生产，输送，分配和使用电能中的重要装置，也是电力系统和自动控制系统中电能传递作为信号传输的中重要元件。当变压器的一次绕组接通交流电源时，在绕组中就会有交变的电流通过，并在铁心中产生交变的磁通，该交变磁通与一次、二次绕组交链，会产生感应电动势。二次绕组有了感应电动势，接上负载，即可向负载供电，传输电能，实现了从一次侧到二次侧的传递。 将电网交流电压（220V或380V）变换成符合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压。因为大多数电子电路使用的电压都不高，这个变压器是降压变压器。3.2桥式整流电路整

7、流是利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。在小功率直流电源中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和三相整流电路等。 图3-2 桥式整流电路利用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流电压变为单向脉动电压。为便于分析整流电路，把整流二极管当作理想元件，即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。在实际应用中，应考虑到二极管有内阻，整流后所得波形，其输出幅度会减少0.61V，当整流电路输入电压大时，这部分压降可以忽略。但输入电压小时，例如输入为3V，则输出只有2V多，需要考虑二极管正向压降的影响。3.3稳压集成模块3.3.1稳压模块 集成稳压块的作用是将电压进行降压处理，并稳定为某一固定值后输出。例如三端稳压块7805可将小于35V的电压降压成稳定的5V输出电压。它比只使用一只稳压二极管进行的电路要好得多，且成本低，所以应用广泛。 常见的三端集成稳压块可分为正电压稳压块和负稳压块两种，正电压的有78系列、负电压的有79系列，两个系列不可互换使用。3.3.2集成三端稳压器本设计采用的是集成三端稳压块7812和7912

8、两种规格，外形图如图3-3所示，这两种稳压块分别为电路提供+12V,-12V电压，输出稳定的电压。 集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器，内部设有过热、过流和过电压保护电路。它有三个外引出端（输入端、输出端和公共地端），将整流滤波后的不稳定的直流电压接到集成三端稳压器输入端，经三端稳压器后在输出端得到某一直的稳定的直流电压。 图3-3 7812外形图W7812C2C10.1mF0.33mFUi132W7912C4C30.1mF0.33mF312+12V 12V 图3-4 集成三端稳压器的应用电路集成三端稳压器7812和7912的应用电路如图3-4所示，输出电压为+12V,-12V。为了保证稳压性能，使用三端稳压集成稳压器时，输入电压与输出电压相差至少2V以上，但也不能太大，太大则会增大器件本身的功耗以至于损坏器件。在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接0.1uF左右的电容，可以防止自己振荡。3.4稳压二极管稳压管的型号有2CW、2DW 等系列，它的电路符号如图3-5所示。图3-5 稳压管符号一般二极管都是正向导通，反向截止；加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；反过来看，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用，这种特殊的二极管叫稳压管。3.4.1稳压二极管原理及特性 稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压，不同类型稳压管的稳定电压也不一样，某一型号的稳压管的稳压值固定在指定范围。例如：2CW11的稳压值是3.2伏到4.5伏，其中某一只管子的稳压值可能是3.5伏，另一只管子则可能是4.2伏。 稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大,动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合适。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流（或最大耗散功率）。3.4.2稳压二极管应用本设计采用了两只具有温度补偿作用的2D

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