利用热电阻传感器测量控电干箱温度

1、黑龙江东方学院毕 业 论 文 （设 计）题目：利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度学生姓名黄俊学 号13104110专 业电子信息工程班 级2013级电信1班指导教师赵龙学 部计算机科学与电气工程答辩日期2016年5月19日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（一）姓名黄俊学号13104110专业班级电子信息工程总成绩毕业论文（设计）题目：利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度 答辩委员会评语答辩成绩主任签字： 年 月 日答辩委员会成员签字学部毕业论文（设计）领导小组意见组长签字： 年 月 日 学部公章黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（二）姓名黄俊学号13104110专业班级电子信息工程

2、毕业论文（设计）题目：利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度 指导教师评语指导教师成绩指导教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（三）姓名黄俊学号13104110专业班级电子信息工程毕业论文（设计）题目： 评阅教师评语评阅教师成绩评阅教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书姓名黄 俊学号13104110专业班级电子信息工程毕业论文（设计）题目：利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度毕业论文（设计）的立题依据主要内容及要求进度安排12月12日选题12月13日12月29日接受指导老师的指导12月30日1 月17日拟定论文大纲1 月18日2 月26日搜集、查阅

3、、整理相关资料2 月27日3 月27日初稿形成3 月28日4 月8 日初稿审定4 月9 日4 月17日第一次修改4 月18日4 月22日第一次审定4 月23日5 月3 日第二次修改5 月4 日5 月9 日定稿5 月10 日5 月18日论文评阅小组评审论文（设计）5 月21日毕业论文（设计）答辩学生签字：指导教师签字：年 月 日黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度 摘要新技术时代的到来，全球早已开始步入信息时代。在利用信息的过程中，首要解决的就是要收集到准确可靠的信息，而热电阻传感器是获取生产领域中信息的主要捷径与策略。而热电阻传感器主要化而是利用电阻值随温度变化

4、这一特性来监测量电烘干箱温度及与温度有关的参数。在测量温度检测精确度要求比较高的领域，这种热电阻传感器相对来说合适。热电阻传感器兼具有电阻温度系数较大大、线性较好、性能极稳定、使用温度领域广、加工简易方便等特点。适用与测量-200+500范围内的温度。烘干箱利用热电阻传感器进行处理并控制对干燥过程中的温度，潮湿度进行实时监控测量，再通过控制器计算处理，然后再调试控制电机的运转，从而对烘干箱进行全面智能化控制进而提高并增强了干燥效果。本文把利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度当测试平台作为研究对象，在详细了解热电阻传感器的功能及实现方式的基础上，我们设计了针对利用热电阻传感器测量控电烘干箱温度的综

5、合性能测试方案，并且从硬件和软件两个方面详细论述了该测量平台。其中，在硬件方面，出于实际考虑，系统硬件部分设计秉承使用最少的性价比最优的元件来实现系统所有功能的原则，在同类产品中进行比较。最重要的是元件组合在一起后能否协调、可靠的工作。所以我们决定温度和湿度的数据采集、信号转换、步进电机驱动、键盘输入、继电器等模块着手考虑。在软件方面，以A/D转换子程序和定时子程序为程序开发环境，结合多种工具包开发了包括安全性测试、通信测试、常规工作性能测试、环境适应性测试在内的软硬件。最后，分析了测试中的误差来源，从而通过试验检测结果查看测试终端中的的测量精确度，运用该测试平台测量电烘干箱的综合性能，并对测

6、试数据做了进一步分析，从而有助于我们指出了该测量系统的不足之处并找出相应的改进措施。关键词：热电阻；传感器；采集数据Using thermal resistance temperature sensor control electric drying boxAbstractArrival of a new era of technology,the world has already started to enter the information age. In the use of information in the process,the primary solution is to

7、collect accurate and reliable information,and the thermal resistance of the sensor is to obtain information about the main areas of production shortcuts and strategies. In measuring the temperature detection accuracy of high demand areas, such thermal resistance of the sensor is relatively appropria

8、te. Application and Measurement -200+500temperature in the range of.In this paper, the use of the thermal resistance of the sensor measurement control electric drying oven temperature when the test platform for the we designed for use RTD sensor to measure electric drying oven temperature control co

9、mprehensive performance testing program, and discussed in detail the measurement platform from both hardware and software aspects. Among them, in terms of hardware, for practical reasons, system hardware design brings with a minimum of cost-optimal components to achieve all the features of the syste

10、m in principle, to compare similar products.signal conversion, stepper motor drive, keyboard input, relay modules proceed to consider. Is the most important element can together after coordination, reliable work. So we decided to temperature and humidity data acquisition, signal conversion, stepper

11、motor driver,keyboard input, such as relay module to start thinking about On the software side,A/Dconversion routine and regular routine for the program development environment with a variety of development kits, including safety test communication testing, routine performance testing, environmental

12、 testing, including the suitability of the hardware and software.Finally,the test error sources, allowing you to see the test results by test test terminal measurement accuracy,the use of the comprehensive performance test platform measuring electric drying box, and the test data were further analyz

13、ed to help we pointed to the shortcomings of the measurement system and identify appropriate improvements.Keywords: Thermal resistance; sensor; integration testing; error analysis-III-目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 热电阻传感器对测控烘干箱箱温度研究现状11.3 热电阻传感器对测控烘干箱箱温度研究现状21.4 高精度检测电路的研究31.5 传感器智能化及发展趋势3第

14、2章 电阻传感器的设计52.1 工作原理52.2 分类52.2.1 金属热电阻传感器52.2.2 铂热电阻62.2.3 铜热电阻62.3 热电阻的结构72.3.1 感温元件72.3.2 骨架82.3.3 引线82.4 热敏电阻传感器82.4.1 金属热电阻传感器的应用82.4.2 不平衡电桥输出特性的分析92.5 有源电桥电路的结构和原理102.5.1 试验112.6 测温原理132.6.1 半体电阻率142.7 温度传感器的安装与应用162.8 本章小结17第3章 电烘干箱结构与原理183.1 引言183.2 烘干箱结构183.3 本章小结19第4章 硬件设计204.1 温度和湿度数据采集2

15、04.2 系统部分电路设计214.3 温度传感器的原理及连接224.3.1 信号转换234.3.2 步机驱动234.3.3 键盘输入模块234.4 继电器的驱动接口电路244.5 本章小结24第5章 软件设计255.1 主程序255.1.1 A/D转换子程序255.2 中断的产生与处理275.3 步进电机调节子程序275.4 键盘显示子程序275.5 本章小结28第6章 系统的安装调试与结果分析296.1 系统的安装296.1.1 控制柜布局及接线安排296.2 抗干扰处理296.3 系统的调试296.4 软件的调试306.5 控制结果的分析316.6 本章小结32结论33参考文献34附录35

16、致谢36黑龙江东方学院本科毕业论文（设计）利用热电阻传感器测量控电烘干箱第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义在烘干箱工过程中，水分及周围环境对烘干箱的工作影响很大。烘干箱在烘干物料过程中容易出现回潮率过高，在经过长时间存放很容易出现发热变色等问题，从而影响动力输送，降低烘干箱中的物料清理机的除杂志效率，阻碍烘干箱箱的性能，使整个烘干过程难以顺利进行，使烘干箱烘干效率低下，并且容易造成烘干箱对物料造成不好的影响，如物料色泽灰暗、干燥不均匀等不好的因素所以利用热电阻传感器智能控制系统对烘干箱烘干过程中箱的温度、湿度进行全面智能化监控，还可以多温度、湿度可实行不同阶段控制，每次烘干过程可以设置不一

17、样的的烘干时间、温度所以这样更能提高经济类农副产品干制品的质量，对提高企业的经济效益非常重要。目前阶段国内的物料烘干方案用得最多的有两种，第一个是深入挖掘烘干设备的最大力量，对烘干箱烘干物品过度烘干，另一个则是非常片面追求清杂效率，使烘干箱利用效果不是太明显。总之而言，我们设计一部满足生产群体要求的能对电烘干箱温度进行高精度，高效率的控制具有一定的经济价值和现实意义，同时这也能引导国内在在烘干物料品质的前提下实现利润的可观化。1.2 热电阻传感器对测控烘干箱箱温度研究现状热电阻传感器是对测量烘干箱温度的核心构成部件，是对温度控制的重要步骤，在工业生产和生活中都有很广泛的应用，使当今以来一直是人

18、们研究和创新的热点。热电阻传感器的种类众多，工业生产上惯用热电阻传感器、热电偶传感器、半导体温度传感器等。温度传感器惯用的的指标有线性度、灵敏度、分辨力、迟滞等，其中比较常用的是动态性能指示为时间常数。其中，线性度是指校对曲线与拟合直线的接近程度差不多，是造成不确切的主要毛病。灵敏度是指热电阻传感器在比较平稳工作状态中输出变量对输入变量的比值，从而它可以直接影响热电阻传感器的分辨力。除外，当烘干箱内环境温度急速变化状态时，动态误差就成为热电阻传感器错误测量的主要来源然而这就需要热电阻传感器兼具有要有比较好好的动态性能。事实，现存在的热电阻温度敏感物质很难同时兼具具有稳定的静态特性和动态性能，这

19、在大程度上限制住了热电阻传感器测量技术的进一步发展。热电阻传感器是一个理论与实践技术相结合的产物。当今以来，人们仅仅依靠着寻求更好的感应材料、改良热电阻传感器的创造和装封工艺来提高热电阻传感器的性能。更随随着数字信号处理技术的进步和现代大规模集成电路的发展，传感器理论对传感器性能的改造有了可能。人们利用微处理器，对热电阻传感器所得各种信号进行封装处理，在不变传感电路的情况下明显的提高了热电阻传感器的性能，这是传感器研究中的一个质的飞跃。热电阻传感器的发展历史已经经历了上百年，生产和生活的推动使温度传感器至今仍是人们研究的热点，当今传感器的研究热点主要集中在提高传感器的精确度和分辨力、改善热电阻

20、传感器动态性能、传感器的智能化等几个方面。1.3 热电阻传感器对测控烘干箱箱温度研究现状一种组装式热电阻传感器的研究及其在电烘干箱温系统中的应用，现在大多的情况是用软件来非线验正。比较传统软件非线性校正方法大多数使用反函数法、查表法、分节内插法、和曲线拟合法。近十年内，国内外发表用新方法对热电阻传感器进行线性化校正的文章，这种方法有遗传算法、神经网络算法和支持向量机方法。这些措施用于热电阻传感器的特性函数未知时建立和使用的函数及其反函数关系。各种方法都有自己的有点，但当用到仪表时，尤其是安装的中型化变送器，都能感受到微处理器资源不足，而且在处理特性上也很难满足现阶段智能化仪表的要求。随着低功耗

21、微处理器性能处理能力大大增强，大部分研究人员们对非线性校正的要求也在不断提高中。出现了一些实用的非线性校正方法。一种方法是采用国际标准中的近似反函数公式。该反函数相对定义分度表的误差很小，对大部分应用都是可以忽略的。但是该反函数与定义分度公式比分段稍多，有时函数形式稍复杂，同时还是有微小误差的。在目前微处理器资源充沛的情况下，仪表设计者的观念发生变化。现在他们认为应该尽可能将软件产生的误差减小到最小，以便充分展示硬件的性能另一种方法是直接采用分度表定义式，用双倍字长的浮点数进行迭代运算。由于热热电阻类温度传感器的非线性并不是十分严重，因此可以采取一些简化措施来加快迭代过程，先做一次线性运算来确

22、定迭代初值。对于部分分度表，迭代用的函数导数可以用一个简化函数甚至常数来代替，即使简化了，迭代收敛也很快。这样我们可以方便的根据组态时选的量程跨度大小来动态的控制迭代终止判据，以全面达到精度要求。这种很直接采用定义公式的方法出后，仪表制造厂家在热电阻温度传感器非线性校正方面的开发工作就基本就告一段落了。因为这种方法在微处理器条件允许的情况下的精度是最高的，而处理的计算量却不是最多的。1.4 高精度检测电路的研究每个热电阻传感器都要有一个放大的电路，它和传感器的精确度和分辨力相关对比与传统的不太平稳的电桥当作电阻温度传感器的测量电路，在对电烘干箱温度测量和控制端中起着大大的作用。这种电路也常常当

23、作为单片机的一个前向过道接口使用，从而构成智能化测控仪表器件，但不太平稳电桥中存在的非线性特性是工作人员急需解决的问题。除外，在热电阻设计中还要考虑自热温升引线电阻、零点迁移等条件。除外环境电烘干箱内温度变化将引起的误差决定不能忽视，所以要采取措施减弱电路温漂主要为运放部分的温漂才能保证精度。许多集成型热电子温度传感器如AD570、DS1820的出现，这中集成式热极电阻极其简化了温度检测的硬件电路这些芯片集成了滤波、放大、A/D功能，这位高精度温度测量的硬件设计供应了很大方便。所以目前对热电阻传感器电路的放大电路。1.5 传感器智能化及发展趋势20世纪70年代中期开始先后有不少半导体制造厂商使

24、微处理器、数字信号处理和专用集成电路技术与传统的热电阻传感器整合起来，渐渐的取得广泛的应用并发展成为一个生机勃勃的市场，此时也在告科技领域开辟出包括智能热电阻传感器技的目前这种热电阻智能传感技术的发展速度已经得到广泛认可。它极大的增强和改善了自制系统的功能。总结起来这些功能主要由自调零、自标定、自动补偿功能和自动采集数据及预先理功能自动检验、自选量程、自寻故障功能数据存储、记忆与信息处理功能双向通信、标准化数字输出或者符号输出功能判断、决策处理等。利用电脑合成智能化热电阻传感器是当前最常见的一种方法，目前有多种半导体和计算机技术应用于此方法。利用这种合成可以明显有效的测量，从而增加精确性同时可

25、以为热电阻传感器强加于应诊功能和其他形式的智能化选择。比较点典型的是使用技术有微控制器数字信号处理芯片、专用集成电路、场编程逻辑门阵列等。回望热电阻智能化传感器的发展历程，使是大规模集成电路技术方面的快速发展将使具有学习能力的高度集成的先进传感器系统得到进一步的发展和完善二是神经网络与光导并行处理方式将效的克服智能化传感器在适应性与金属线传输方面的限制。第2章 电阻传感器的设计2.1 工作原理在金属中，载流子为自由电子，当温度不断升高时，虽自由电子数目基本保持不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将不断的明显增加，因此在一定的电场力作用下，要使这些不规律的的电子作定向运转就会形

26、成更大的阻力，从而导致金属电阻值随温度的不断升高而明显增加。热电阻就要是利用电阻随温度升高而不断增高这一特性来测量温度的热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。半导体中参与太多的导电的是载流子，由于半导体中载流子的数量远比金属中的自由电子数目少，所以导致它的电阻率很大。伴随着温度的升高，半导体中越来越多的价电子受热激发跃迁到较高能级而产生新的电子空穴对，从而参与到电的载流子数目明显大大增加了，半导体的电阻率也就降低了（电导率增加）。因为载流子数目随温度的不断上升按指数规律增加，所以半导体的电阻率也就随温度明显上升按指数规律下降。热敏电阻正是利用半导体这种载流子数随温度变化而变化的特性制成的一种温度

27、敏感元件。当温度变化1时，这些半导体热敏电阻的阻值变化将会在36%。这样的话在一定条件下，根据测量热敏电阻值的变化的结果从而得到温度的变化。2.2 分类热电阻传感器按照不同的分类方式大多可以分为多种。按照其材料分析，热电阻传感器当然可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两类，前者称热电阻传感器，后者称热敏电阻传感器。按结构分为，普通型热电阻传感器、锴装热电阻传感器、薄膜热电阻。按照它原先的应用分，工业用热电阻、精密标准电阻。以下是按照第一类来介绍热电阻传感器。2.2.1 金属热电阻传感器现在较为广泛应用的热电阻材料大多是是铂、铜、镍、铁和铑铁合金，但是常用的确实是铂、铜。他们的电阻温度系数在大多分

28、布在33610/范围左右作为测温经常用的热电阻材料，电阻温度系数一定要非常大，这样便于便于增强热电阻的灵敏度；要使电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；相反热容量尽可能要小，以便于增强的热电阻的反映速度；在测量范围中，一定要具有稳定的物理性能和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有优良的的可加工性且价格便宜。在铂、铜中，铂的性能最好，因此采用特殊0200960；铜电阻价廉并且线性较好，但温度高易氧化，故只适用于温度较低050 150环境中目前已逐渐被铂电阻所取代。2.2.2 铂热电阻铂材料的优点主要表现为为：在物理、化学性能极为稳定尤其是表现在耐氧化能力很强，并且在很宽的温度范围内（12

29、00以下）均可保持上述特性；这样易于提纯，方便与复制，且有良好的工艺性，可以制成非常微微细的铂丝或极薄小的铂箔电阻率较高。不足的使：电阻温度系数普遍较小；在还原介质中工作时较容易被沾污变脆；价格较高，并不便于采购。 铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，其特性方程为当-200t0， RT=R0 1+At+BT2 +Ct-100t3 当0t0 RT=R0 1+At+BT2 公式中RT温度为t时铂电阻的阻值，单位为 R0 温度为0时铂电阻的阻值，单位为 A、B、C温度系数，它们的数值分别为A=3.90802×103/ - B=-5.802×10-7/，C=-4.27350

30、5;10-12/2.2.3 铜热电阻铂金属贵重，因此在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，普遍 地采用铜热电阻来测量-50+150的温度。铜热电阻有如下特点。在上述使用的温度范围内，铂金电阻值与温度的关系几乎呈线性关系，即可近似表示为 RT=R0 1+t式中电阻温度系数，=4.254.28×10-3/-电阻温度系数比铂高，但是电阻率却比铂低。易提纯，加工性能好，可拉成非常纤细细丝，价格低廉。易氧化，不宜在腐蚀性介质或高温下运转。鉴于上述特点，在介质温度相对不高、腐蚀性不太强、测温元件体积不受限测温元件体积不受限制的条件下都大都采用铜热电阻，详细如表2-1表2-1热电阻的主

31、要技术性能材料铂（WZP）铜（WZC）温度范围-200960-50150电阻率/(m×10-6/m×10-60.0950.160.017间电阻系数01000.03850.042化学稳定性氧化性介质较稳定不能在还原介质使用，尤其高温超过100摄氏度易氧化特性近于线性，较稳定线性好、价格好、体积大应用o适用较高的温度测量，可作为标准测量装置适用与测量低温、无水分、无腐蚀2.3 热电阻的结构普通型热电阻都是由感温元件（金属电阻丝）、支架、引出线、保护套管及接等基本部分组成。为避免电感分量，热电阻丝大多常常采用双线并绕方式制造成无感电阻。2.3.1 感温元件由于铂的电阻率非常大大，

32、又加上相对机械强度较大，通常铂丝的直径大多维持在0.030.0mm±0.00mm之中。这样的话可单层绕制，但是若遇到铂丝太细的情况下，这样的话电阻体尽可能要做的小，但要保持其强度低；若铂丝粗，虽然其强度很大，但是这样电阻体积大了，热惰性却变大了，成本相对于高。由于铜的机械强度较低，电阻丝的直径需较大。一般为（0.1±0.005）mm的漆包铜线或丝包线分层绕在骨架上，并涂上绝缘漆而成。但是由于铜电阻的温度很低，故可以重叠很多层绕制，一般大多采用用双绕法，即是两根丝平行且绕制，然后在其的末端把两个头焊起来，这样的话工作电流仅能从一根热电阻丝进去，从另一根热电阻丝反向跑出来，这样

33、便形成了两个电流方向相反的线圈，其磁场对应方向也是相反的，最终产生的电感就互相抵消，故又称无感绕法。这种双绕法也有利于引线的引出。2.3.2 骨架热电阻是绕制在骨架上的，骨架是用来支持和架构固定在电阻丝上的。骨架应当使用电绝缘性能好，能在高温下机械依旧保持强度高，体膨胀系数小，物理化学性能稳定，这样的对热电阻丝保持无污染的材料制造特性，常用的是云母、石英、陶瓷、玻璃及塑料等。2.3.3 引线引线的直径一定要比比热电阻丝大上个好几倍，只有这样才能尽量减弱引线的电阻阻值，然后还能增强其安装在引线的机械强度和连接的可靠性，对于工业用的铂热电阻。一般采用1mm的银丝作为引线。对于标准的铂热电阻则却可采

34、用0.3mm的铂丝作为引线架构。对于铜热电阻则经常的是用0.5mm的铜线。在骨架上绕制好热电阻丝，我们并焊好引线之后，然后在其外部加装上云母片进行从而进行实时保护。其中铂电阻传感器、铜热电阻外电阻温度计的工作原理是基于铜线电阻随温度而变化的性质2.4 热敏电阻传感器热敏电阻是一种利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成，由金属氧化物和化合物按照不同的材料比例烧结的敏感元件。优点：热敏电阻的温度系数比金属大到49倍；电阻率大，体积更简洁较小，热惯性也小，适于测量点、表面温度及其快速变化的温度；其结构、机械性能好。缺点：线性度较差复现性和互换性较差。2.4.1 金属热电阻传感器的应用热电阻式流量

35、计是根据物理学中关于介质内部热传导现象制成的。如果温度为ta的热电阻放入温度为tc介质内，设热电阻与介质相接触的表面面积为A，则热电阻耗散的热量Q可表示为 Q=KAta-tc式中K热传导系数或称传热系数。实验证明，K与介质的密度、粘度、平均流速等参数有关。当其他参数为定值时，K仅与介质的平均流速V成正比，即 QV上式说明通过测量热电阻耗散的热量Q即可测量介质的平均流速或流量。2.4.2 不平衡电桥输出特性的分析在传感技术，非电量测量技术，在自动检测技术领域中大多用作测量信号的转换。针对于电阻式传感器 ，我们从而可以得到一些物理量变化的信息测量温度电路中的R1、R2 R3和R4均使桥臂电阻，其中

36、这个R1为热电阻的电阻值。在热电阻传感器的现场安装位与测量试验仪器之中还有一定的距离，在这两者之中的连接导线的电阻被当作引线电阻。这个引线电阻在更随环境温度的不断变化时也要发生自身的改变，即是引线电阻产生温度漂移。引线电阻的存在再加上其温漂的影响从而必然要引起一定的测量误差。所以我们为了减少引线电阻对测量准确度的影响。所以我们采用了这种接线，r是引线电阻。再另电桥平衡时的热电阻是R1=R0(热电阻在0时的电阻值)在电桥满足初始平衡的条件为(R0+r) R4=(R2+r) R3 (1)通常采用三线制接线方式，如下图2-1所示U0R2R4R3rrrR1图2-1三线制接线图电桥的输出电压为U0=0。

37、我们把它称作为传感器而接进电桥的热电阻跟随着被测试的温度R1不断的变化而在不断的改变，所以导致这个系统的电桥就容易慢慢地偏离了最开始的平衡状态。从而使热电阻R1=R0+R，在单臂输入时，非平衡电桥有着非常固定的非线性误差，并且这个非线性误差却一直随着电阻的一定的变化量的增大而。我们在使用双臂或四臂输入时可以控制非线性误差。所以为了使温度导致的电阻增量。所以我们为了方便于分析，再另R2 =R0，R3=R4=R0此时电桥的输出电压为：U0=（R1+rR1+r+R2+r-R3R3+R4）Us=R0+R+r2R0+2r+R-R2RUsR=R2(R0+2r+RUs由式(2)可知，U0与R展现出了非线性特

38、性的性质，况且U0与r却呈有相关性联系。三线制接线虽然在一定程度上减弱了引线电阻计量的误差影响，但是我们还是不能完全消除这种影响的误差。所以，非线性特性和引线电阻两种因素都要引起测量误差。2.5 有源电桥电路的结构和原理有源电桥电路，四个桥臂电阻为R1、R2、R3和R4，热电阻R1=R0+R，R0为初始电阻值，R为电阻增量。ICI为精密恒流源集成电路4DH2，是新一代精密稳流器件，稳定电流范围维持在0.0210mA，可用两个外接电阻R5和R6来调节。IC2和IC3均为集成电压跟随器LM110，电压却增益到在Av=0.，Us为外接直流稳压电源电压，U0为输出电压，r为引线电阻。电桥的各电压分别为

39、 Uae=IR1+r (3) Uec=IR2+r (4) Uac=IR1+R2+2r (5) Ube=AvUae (6) Ued=AvUec (7) Ubd=Ube+Ued (8) =Av(Uae+Uec) =AvUac Ubf=R3R3+R4Ubd (9)在电路图中R1、R2半桥的电流I是由精密恒流源集成电路提供的稳定电流但是由于引进了集成电压跟随器尺R1、R2半桥与R3、R4半桥互相隔离，即引起电流I与R3 R4半桥的电流 I、无相关性，但是电压Ubd却能自动跟踪电压Uac即该电桥采取了恒流变压的供电方式，在实验开始前我们先将四个电阻调相等的值位然后在改变四个桥臂测阻值大小使每次阻值改变的

40、大小相等，方向再一一相对应，使其非线性误差尽可能为0，经过拟合曲线得出其灵敏度如图2-2所示R5R6R3fU0errrR1R2dbarII、Us图2-2有源电桥电路2.5.1 试验按照电路图中，利用一个ZX21型号多值电阻器作为一个热电阻传感器与三只精密电阻组成全等臂有源电桥。使R1=R3=R2=R4=100用精密电阻代替稳定电流r=0.5。改变R1的电阻值，在r=0 和r=5两种情况下，利用1065A型全自动校准数字多用表，然后在测量电桥的输出电压，体上所通过的电导入进去电流在直流电压的作用，电导电流沿着绝缘体表面的泄漏电和通过绝缘体内部的电导电流之和。在绝缘不完善的情况下，常常表现为漏电流

41、增大的情况，从而形成一个反馈回路，使继电器工作特性变得不优良。介质耐压试验则是一种超电位试验方式，它常常主要用是以确定继电器的绝缘部位在承受交流超值电压下的抗电能力。当受测试部位存在点或损伤等不好的情况下时，必然辉产生击穿放电现象从而造成飞弧、火花、闪络一些等现象。一个干净清洁燥的绝缘体即使具有很好的的绝缘电阻，但是它却可能会发生不能承受介质耐压试验而发生击穿的情况。相反，一个不洁的、损伤的绝缘体，其绝缘电阻即使不是多高，但是它却可能在很高的交流电应力作用下也不容易被击穿。2.绝缘电阻和介质耐压强度都和温度、湿度因素具有相关性。更随着温度的不断变化与绝缘电阻中的体积电阻有一定的关系，但是湿度的

42、变化将会导致表面电阻有下降的迹象，随着漏电不断的增加。另外，温度和湿度的这些变化特性还会使影响气体介质、油介质或固体介质的介电性质。将实验数据列入表2-2图2-2 电桥输出电压RR0r=0U0(mV) r=5-0.6-16.899-14.981-0.4-14.985-9.963-0.2-9.986-4.9900-4.9930.0000.20.4 0.60.8100.0005.00610.01315.01820.0245.00810.01815.02420.0 2925.042当湿度升到较高的情况下，进行介质耐压试验阶段中，这样更容易产生空气放电的效应。因此，在进行绝缘电阻测试和介质耐压测试时，

43、应当遵照有关技术条件的规定，并时刻考虑到实验地点的环境温度和湿度等因素。3.介质耐压试验是一种超电位试验措施，其试验电压高于继电器的额定最大工作电压。经过介质耐压测试的产品，虽然我们没有发生击穿现象，但有这有可能会降低绝缘或安全系数。因此，我们当应注意避免进行重复性试验，以防比较高的电应力反复反映在同一个部位从而造成损伤。在施加试验电压的情况下，应采取一定的安全保障措施，使试验电压没有反复瞬变的迹象或出现电浪涌。如果我们一定进行重复试验的情况下，或者是在例行试验时需要连续多次施加试验电压，理应在随后进行试验时尽量的降低试验电压。一般将二次试验电压降低为第一次试验电压的80%左右。在试验电压较高

44、的情况下，应采取比较周全完善的保障措施保，实验人员及设备的湿度因素有关。温度的不断变化与绝缘电阻中的体积电阻有关系，但是湿度的一些变化将会使表面电阻下降，从而会使漏电不断增加。另外，温度和湿度的变化还会影响气体介质、油介质或固体介质的介电性质。当湿度较高时我们进行介质耐压试验过程中，更会容易产生空气放电效应。因此，在进行绝缘电阻测试和介质耐压试验时，应按照有关技术条件的规定，注意控制实验地点的环境温度和湿度等因素。介质耐压试验是一种超电位试验方法，其试验电压一定高于继电器的额定最大工作电压。经过介质耐压试验的产品，虽然没有发生击穿现象，但有可能会降低绝缘或安全系数。因此，一般应避免进行多次重复

45、性的试验，预防较高的电应力反在同一部位而造成不好的结果。湿度达到较高时，进行介质耐压试验过程中，更容易产生空气放电效应。在进行绝缘电阻测试和介质耐压试验时，应按照有关技术条件的规定，注意控制实验地点的环境温度和湿度等因素在施加试验电压时，在试验电压较高的情况下，应采取完善的保护措施，保护试验操作人员及设备的安全。2.6 测温原理电阻式温度测试仪是利用电阻随温度的变化而变化的物理特性而制作的。导体或半导体的电阻率与材料内参与导电过程的电子数量和晶体结构及其状态有关，它们各有不同的导电机理。导体电阻率根据欧姆定律，导体的电阻率为： =EJ （1）式中：E为电场强度；J为电流密度。在E的作用下，J的

46、数值与自由电子数n、电荷e和电子定向运动速度平均值u成正比。对于金属导体而言，在一定的温度下，物质的电阻率和电阻有确定的数学函数关系： R=LS （2）式中：R一导体电阻L一导体长度S一导体的截而积这样就可以把温度对电阻率的影响反映到电阻上，即温度变化会导致电阻变化金属内部难免掺有微量杂质,但这种杂质在低温下是与温度无关的常量，它的存在不受温度的变化所影响。2.6.1 半体电阻率半导体是一种晶态固体，其原子结构较为特殊，外层的电子运动时既不像金属导体那样容易脱离原轨迹，也不像绝缘体那样束缚的很紧，这就决定了它的导电特性介于金属导体绝缘体之间。其导电机理与材料内价电子以及掺人的杂质有关。由于受到

47、掺杂程度和制造工艺的影响，很难给出统一形式的方程来描述锗半导体电阻温度特性。典型的经验公式是：Rt=R01+At+Bt2+Ct3+ （3）式中，系数B取决于掺杂的种类和浓度,并随温度而变；E与禁带宽度有关；k为玻尔兹曼常数。温度的变化引起了电阻的变化。如果在测温时，对热电阻测温系统中的电阻感温元件通人工作电流，则不同的温度会导致导体或半导体的电阻率发生变化进而引起不同的电阻值，使得其两边产生不同的电压，这样我们就将电阻随温度的变化转化成为电压随温度的变化。若我们将这个因为温度的变化而导致的变化的电压对应取出后，送人动圈仪表显示或接人灯A/D卡转换后送人计算机加以处理显示，就构成了所谓的温度传感

48、器。半导体开始本征激发起重要作用的温度，也就是电阻率很快降低的温度，该温度往往就是所有以pn结作为工作基础的半导体器件的最高工作温度（因为在该温度下，pn结即不再存在）；该温度的高低与半导体的掺杂浓度有关，掺杂浓度越高，因为多数载流子浓度越大，则本征激发起重要作用的温度半导体器件的最高工作温度也就越高。所以，若要求半导体器件的温度稳定性越高，其掺杂浓度就应该越大。若要求半导体器件的温度稳定性越高，其掺杂浓度就应该越大热电阻感温元件的电阻与温度的关系特性是热电阻的基本特性，决定电阻率温度关系的主要因素是载流子浓度和迁移率随温度的变化关系也是热电阻传感器工作的理这一信号变化过程可用图表示如2-3电

49、阻率电阻湿度度电压动圆仪表或其他显示装置A/D卡计算机图2-3信号变化流程图热电阻感温元件的电阻与温度的关系特性是热电阻的基本特性，也是热电阻传感器工作的理热电阻感温元件的电阻与温度的关系特性是热电阻的基本特性，也是热电阻传感器工作的理论基础。感温元件的电阻与温度的关系特性在实际应用中可以用以下方式表示；列表法；内插法；作图法。(l)列表法列表法是用一张表格将感温元件的电阻值与温度的对应关系表示出来,通常我们称它为“分度表”。分度表完全是由大量实验、测试数据并经过数据处理后得出的。在实际工作温度来。(2)内插法内插法是建立在分度表的基础上的。分度表只能表示有限的感温元件的电阻与温度关系特性的对

50、应关系，而无法得出任意的电阻与温度关系特性。一般感温元件如铂热电阻、铜热电阻等，它们的电阻与温度的关系特性不是线性的。这样只有以内插方程的方式得出他们在不同的温度下对应的电阻值。内插方程可以用下述一般表达式来表式 tR=0R(1+tA+BtZ+Ct3+ ) (4)(3)作图法作图法是首先查出某一感温元件在不同温度下的有限个电阻值(尽可能多)，以温度值为横坐标值，电阻值为纵坐标值,将它们对应描绘在坐标系中，然后用一条光滑的曲线将它连起来，这样就可以近似查出在限定温度范围内任意温度对应的电阻值。分别描述了铂、铜、钨和热敏电阻的电阻与温度关系特性曲线图中可以看出：铂热电阻具有测量范围宽、精度高、稳定

51、性好等优点，因此在实际传感器中使用较多的是铂热电阻，如图2-4所示图2-4电阻温度特性曲线2.7 温度传感器的安装与应用工业上使用的标准铂热电阻的结构有两种,它与标准热电偶一样分为普通型装配式和柔性安装型恺装式铂热电阻。装配式是将铂热电阻感温元件焊上引线组装在一端封闭的金属或陶瓷保护套内，再装上接线盒而成。恺装式铂热电阻是将铂热电阻感温元件，引线、绝缘粉组装在不锈钢管内再经模具拉伸的坚实整体。具有坚实、抗震、可挠、线径轻、使用安装方便等特点。标准铂热电阻安装在现场，而与其配套的温度指示仪表要安装在控制室,其间引线很长。如果用两根导线把铂热电阻和仪表相连接，则相当于把引线电阻也串接加人到测温电阻

52、中去了，因为引线有长短和粗细之分，也有材料的不同，另外引线在不同的环境温度下电阻发生变化，这些都会引人误差。为了避免或减少导线电阻对测温的影响，标准铂热电阻在使用时多采用三线制连接方式即铂热电阻的一端与一根导线相连，而另一端同时连接两根导线。当铂热电阻与电桥测量电路配合使用时。2.8 本章小结本章主要介绍了热电阻传感器热敏电阻传感器的的工作原理、分类结构及其热电阻传感器的安装等问题。第3章 电烘干箱结构与原理3.1 引言有特色的经济类农副产品在我国资源极其丰富，如香菇、木耳、山野菜人参等这些有特色的农副产品不仅在国内市场上占有很大的销售份额，在国际市场上也有享有很高的声誉。但是，现在农民的一家

53、一户的作坊式生产通常采用的是粗放型的烘干方式，设备简单、费时、费力、费工、费柴，且热能利用率低，无法保证干制品品质的要求。烘干箱利用单片机对烘干过程中的温度。本文介绍的基于AT89C51的智能控制系统能对烘干过程中的温度、湿度进行实行全面监控，而且温度、湿度可实现分阶段控制再通过控制器运算，进而条控制器运算结果再进一部调节控制进电机的运转速率，所以说一次烘干过程最多可设置不同的烘干时间、温度的上、下限和湿度的控制值，提高经济类农副产品干制品的品质。3.2 烘干箱结构该烘干装置有烘干箱、加热炉、循环系统构成。在烘干箱里面上、中、下三个部位放置三路温度传感器，用于采集烘干箱内不不同部位的温度，并安置一路温度传感器用于测量周围环境温度。在烘干箱中部偏上面位置一路湿度传感器用于实时测量烘干箱里的湿度，这样方便与及时排潮。智能控制系统能对烘干过程中的温度、湿度进行实时监控，而且温度、湿度可实现分阶段控制，一次烘干过程最多可设置不同的烘干时间、温度的上、下限和