《传感器技术应用（双色）》项目4 数字温度计制作

电子与信息技术专业传感器技术项目四数字温度计制作任务1项目任务书温度是一个基本的物理量，也是一个重要的环境参数，自然界中的一切过程都与温度密切相关。各种工程实践及科学研究中，经常遇到必须精确测定温度的情况。从工业炉温、环境气温，家用的冰箱、热水器，直到人的体温，各个技术领域都离不开对温度的测量与控制。数字温度计精度高，使用方便，显示直观，已经成为实现温度测量的主要工具。本项目利用温度传感器制作一个数字温度计，实现对外界温度的测量，并由数码管显示温度值。通过该项目的制作，了解温度传感器的原理、特性及应用。4.1.1项目描述任务1项目任务书根据给定的元器件、印刷电路板和电路图，按照电子产品制作工艺，通过焊接、组装和调试，制作一台数字温度计。4.1.2项目任务任务2信息收集4.2.1温度测量基本知识1.接触式测温接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡。这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。2.非接触式测温非接触式测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换。故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速度变化的温度。温度传感器主要有以下几种：(1)热电偶；(2)以金属铂为测温材料的铂电阻；(3)热敏电阻；(4)集成温度传感器。任务2信息收集4.2.2热电偶传感器1.热电偶传感器及工作原理热电偶的工作原理是基于热电效应，将温度的变化转化为电势。两种不同材料导体所组成的回路就称为热电偶，组成热电偶的导体称为热电极，如图中2所示。热电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称为测量端，又称为工作端或者热端，如图中1所示；而置于参考温度为T0的另一结点称为参考端，又称为自由端或者冷端，如图中4所示。任务2信息收集4.2.2热电偶传感器2.热电偶的结构形式装配热电偶(2)铠装热电偶(3)薄膜热电偶任务2信息收集4.2.2热电偶传感器3.热电偶的冷端温度补偿补偿导线(2)冷端温度补偿的方法实验室：冷端恒温法、计算校正法工业环境：仪表机械零点调整法、冷端补偿器法任务2信息收集4.2.3金属热电阻传感器金属热电阻原理及特性热电阻传感器主要是利用金属材料的阻值随温度升高而增大的特性来测量温度的。主要用于中、低温度（-200～650℃或850℃）范围的温度测量。常用的工业标准化热电阻主要有铂热电阻、铜热电阻和镍热电阻。2.金属热电阻的结构形式

装配式热电阻

(2)隔爆式热电阻(3)铠装式热电阻(4)薄膜式热电阻任务2信息收集4.2.3金属热电阻传感器3.金属热电阻测量电路金属热电阻传感器的测量线路一般采用不平衡电桥。任务2信息收集4.2.4热敏电阻传感器热敏电阻是利用半导体材料的阻值随温度的变化而变化的特性实现温度测量。热敏电阻可以分为负温度系数热敏电阻(NTC)和正温度系数热敏电阻(PTC)两大类。正温度系数是指温度上升时，电阻值随之上升；负温度系数是指当温度上升时，电阻值反而下降。任务2信息收集4.2.5集成温度传感器集成温度传感器是利用晶体管PN结的伏安特性与温度的关系制成的一种固态传感器。它是把PN结及辅助电路集成在同一个芯片上，完成温度测量及信号输出功能的专用IC。1.模拟式集成温度传感器(1)电流输出型集成温度传感器(2)电压输出型集成温度传感器2.数字式集成温度传感器3.逻辑输出集成温度传感器任务3项目实施4.3.1框图数字温度计由温度传感器LM35采集到温度信号，经过信号处理电路送到A/D转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。任务3项目实施4.3.2温度传感器LM351.温度传感器LM35性能指标(1)工作电压：直流4～30V；(2)工作电流：小于133μA(3)输出电压：+6V～-1.0V(4)输出阻抗：1mA负载时0.1Ω；(5)精度：0.5℃精度（在+25℃时）；(6)漏泄电流：小于60μA；(7)比例因数：线性+10.0mV/℃；(8)非线性值：±1/4℃；(9)校准方式：直接用摄氏温度校准；(10)使用温度范围：-55～+150℃额定范围任务3项目实施4.3.2温度传感器LM352.封装与引脚任务3项目实施4.3.3电路原理图数字温度计电路由传感电路、温度信号处理、A/D转换及数码管驱动、数码管显示四部分组成。任务3项目实施4.3.3电路原理图(1)传感电路传感器电路采用了核心部件LM35温度传感器，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。(2)温度信号处理任务3项目实施4.3.3电路原理图(3)A/D转换电路及数码管驱动ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统，可直接驱动共阳极LED数码管，不需要外接有源电路，将高精度、通用性和低成本很好的结合在一起。任务3项目实施4.3.4数字温度计制作1．设备及元器件设备及元器件要求如表4-5、4-6所示。2.元器件识别与检测（1）根据元器件清单，清点组件；（2）识别温度传感器LM35、集成电路ICL7107引脚；（3）识别数码管引脚，检测电容性能；（4）使用万用表对电阻和电位器进行检测，并记录色环电阻的阻值。任务3项目实施4.3.4数字温度计制作3．焊接组装任务3项目实施4.3.4数字温度计制作4．电路调试（1）调试准备①电路焊接完成后，再次检查各元件焊接位置是否正确、有无虚焊和连焊等。②将集成驱动器ICL7107按标志方向插入集成电路插座。③将稳压电源第一路输出的负端连接在第二路输出的正端上，然后将电路板上连接+5V的导线接至稳压电源第一路输出正端上，将电路板上连接GND的导线接至稳压电源第一路输出的负端或者第二路输出的正端上，将电路板上连接-5V的导线接至稳压电源第二路输出的负端上。实现正、负双电源供电。④把稳压电源两路输出均调整为5V。⑤再次检查连接是否正确，接通5V电源。任务3项目实施4.3.4数字温度计制作4．电路调试（2）电路调试①接通电源，用万用表测量LM35的2脚和3脚之间的电压值；②调节电位器RP1