可调双限温度报警器

1、可调双限温度报警器摘摘要要传感器在我们的日常生活中起着至关重要的作用， 小到温度控制、 体重测量，大到系统设计，移动互联，无不用到传感器。而在温度控制时，热敏电阻常常被用来作为温度传感器，控制调节温度。本文则使用 Pt1000 热敏电阻来设计了一个可调双限温度报警器，用于进行范围化的温度控制。并通过 Multisim 软件仿真来进行验证分析。关键词：关键词：热敏电阻；可调；仿真AbstractSensors play an important role in our daily life. As it can control the temperature,take the measureme

2、nt of your weight as well as design the system and make theconnection with everything.When it comes to the temperature controlling, the thermistor is often used as thetemperature sensor to make it fit. In this essay, we design an adjustable-two thresholdsof temperature alertor by making the use of P

3、t1000. Finally, we use the Multisim tosimulate our design.Key Words: Thermistor; Adjustable; Simulation目目录录摘要.2Abstract.2第一章绪论.41.1背景和意义.41.2现状分析.41.3主要内容安排.5第二章温度传感器简介.62.1 温度传感器的分类.62.1.1 接触式温度传感器.62.1.2 非接触式温度传感器.62.1.3 热电阻式.62.1.4 热电偶式.72.2 温度传感器的工作原理.72.2.1 热电偶的工作原理.72.2.2 热电阻的工作原理.72.3 温度传感器的相

4、关参数.7第三章实验设计.93.1 电路设计.93.2 仿真分析.10总结与展望.13参考文献.14致谢.15第一章第一章 绪论绪论1.1背景和意义背景和意义温度控制系统的开发在很大意义上提高了生产生活的需要， 是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，方便了生产中对温度的监测，有效的提高了生产质量。电路设计简单，使用方便，利于快速的生产加工。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。 该设计正是为了完成温度的检测控制而设计的，可以说与人们的日常生活是息息相关的，具有很大的现实意义。现代工业设计及日常生活中温度控制都起着重要的作用， 早期的

5、温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。 随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求及其严格， 温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。 因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整， 温度控制器可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化时人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好

6、的服务于社会生产、生活。1.2现状分析现状分析现代控制系统的核心是传感器技术。传感器技术作为与通信技术、计算机技术并列的现代信息产业的三大支柱之一，在我们的日常生产和生活中应用广泛。而本文所设计的双限温度报警电器则用到了传感器家族里的温度传感器。现阶段，全世界大概有 50 个国家从事传感器的研制生产工作，研发、生产单位数千余家。在市场上，温度传感器的种类众多，但产品上而言仍以美国DALLAS 半导体公司生产的为主。1.3主要内容安排主要内容安排第一章绪论主要介绍了背景、意义以及现状分析。第二章主要阐述了温度传感器的分类，工作原理和相关参数。第三章描述了本次设计所采用的电路以及其在 Multis

7、im 上的仿真分析。最后对全文进行了总结，并提出对未来的展望。第二章第二章 温度传感器简介温度传感器简介2.1 温度传感器的分类温度传感器的分类温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类， 按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。2.1.1 接触式温度传感器接触式温度传感器接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。其通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用

8、的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。2.1.2 非接触式温度传感器非接触式温度传感器它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。非接触式温度传感器的优点是测量上限不受感温元件耐温程度的限制， 因而对最高可测温度原则上没有限制。对于 1800以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温 逐渐由可见光向红外线扩展，700以下直至常温都已采用，且分辨率很高。2.1.3 热电阻式热电阻式金属随着温度变化，其电阻

9、值也发生变化。对于不同金属来说，温度每变化一度，电阻值变化是不同的，而电阻值又可以直接作为输出信号。电阻共有两种变化类型（1） 正温度系数:温度升高 = 阻值增加温度降低 = 阻值减少（2） 负温度系数：温度升高 = 阻值减少温度降低 = 阻值增加2.1.4 热电偶式热电偶式热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化 1时，输出电位差的变化量。 对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，

10、这个数值大约在 540 微伏/之间。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关， 用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。2.2 温度传感器的工作原理温度传感器的工作原理2.2.1 热电偶的工作原理热电偶的工作原理将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B 焊接起来，构成一个闭合回路，当导体 A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。2.2.2 热电阻的工作原理热电阻

11、的工作原理温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。此外，现在已开始采用铂、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。2.3 温度传感器的相关参数温度传感器的相关参数通常使用的铂电阻 Pt100 温度传感器零度阻值为 100， 电阻变化率为 0.3851/。温度系数 TCR=（?tt? ?t）/?t*100。温度测量范围：01200。输出信号：420mA、0-10V 。负载电阻：500。供电电源：24V DC。功耗：1W。基本误差：0.2%0.5%。第三章第三章 实验设计实验设计3.1 电路设

12、计电路设计本设计采用热敏电阻 Pt1000 作为温度传感器元件。Pt1000 的分度表如下所示表 1 Pt1000 分度表Pt1000 分度表（-40-100）温度0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-40842.707838.748834.789830.828826.865822.902818.937814.97811.003807.033-30882.217878.272874.325870.377866.428862.478858.526854.573850.619846.664-20921.599917.666913.733909.798905.861901.923897.98589

13、4.044890.103886.161-10960.859956.938953.016949.094945.17941.244937.317933.39929.46925.53101000996.091992.181988.27984.358980.444976.529972.614968.697964.779101039.0251042.9211046.8161050.711054.6031058.4951062.3851066.2741070.1621074.049201077.9351081.821085.7031089.5851093.4671097.3471101.2251105.1

14、031108.981112.855301116.7291120.6021124.4741128.3451132.2151136.0831139.951143.8171147.6811151.545401155.4081159.271163.131166.9891170.8471174.7041178.561182.4141186.2681190.12501193.9711197.8211201.671205.5181209.3641213.211217.0541220.8971224.7391228.579601232.4191236.2571240.0951243.9311247.76612

15、51.61255.4321259.2641263.0941266.923701270.7511274.5781278.4041282.2281286.0521289.8741293.6951297.5151301.3341305.152801308.9681312.7831316.5971320.4111324.2221328.0331331.8431335.6511339.4581343.264901347.0691350.8731354.6761358.4771362.2771366.0771369.8751373.6711377.4671381.2621001385.0551388.84

16、71392.6381396.4281400.2171404.0051407.7911411.5761415.361419.143本次设计设定上下限温度为 20-30，该温度范围可广泛应用于医院的婴儿室、科研的育苗室、小鸡孵化等对环境温度要求高的场合。通过查表可知在该温度范围下 Pt1000 的电阻值范围为 1.078k-1.117k。设计的电路如下图所示：图 1 双限温度报警器电路图上图中，R1 为 Pt1000 热敏电阻，用滑动变阻器代替。其在 20-30区间的阻值范围调节度为 54%-62%。RP1 和 RP2 是两个调节滑动变阻器，用于调节电路参数。U1A 和 U2A 是两个 CMOS

17、器件，用于设定阈值电平，从而控制三极管 Q1 和 Q2 的导通和截止。 LED1 和 LED2 分别用于表示达到上限温度点和下限温度点。3.2 仿真分析仿真分析实验开始后，R1，RP1 和 RP2 的初始点都在 50%。将 R1 调制 62%，此时表示温度达到上限 30。启动电源，调节 RP1 是 LED1 由灭变亮，记录亮灭的跳变点阻值，如图所示为 75%，即 3.75k。同样的方法可以设定下限温度 20时的 RP2，如图所示为 71.5%，即 3.575k。此时，电路调节完成。再次启动电路，可以观察到，当 R1 阻值改变（表征外界温度改变）时，超过上限温度时，LED1 红的亮起，出现报警；

18、小于下限温度时，LED2 绿灯亮起，也产生报警。两次仿真图如下所示：图 2 温度达到上限时的报警电路图 3 温度达到下限时的报警电路通过万用表还可以测量 30和 20时各点的电位。如下表所示：表 2 上限温度 30时的数据测量U1A 输入电压U1A 输出电压Q1 基极电压Q1 发射级电压Q1 集电极电压2.493V5V5V5V80.395mV表 3 下限温度 20时的数据测量U2A 输入电压U2A 输出电压Q2 基极电压Q2 发射级电压Q2 集电极电压2.503V0V454.37nV24.654nV4.068V在电路设计中 RP1 和 RP2 起到了两个作用。一方面，这两个可调电阻可以用来调节温度的控制范围，增加该电路的适用性。另一方面，电路的这种设计方式可以使用 RP1 和 RP2 来补偿不同环境中的影响， 从而使得温度探测更加准确。总结与展望总结与展望本设计使用热敏电阻 Pt1000 来实现温度控制，实现方法简单，并通过两个滑动变阻器来进行调节和外界环境变量的补偿。 但是该设计的缺点也是显而易见的，那就是精度较低，无法实现工业化的精确控制。在