热敏电阻温控上下限

※※※※探※※※※探 2011级 探探测试技术课程设计济孤※※※※※※※※热敏电阻温控上下限报警装置的设计姓 名 王曼学 号 20117119院、系、部 电气工程系2014年6月2014年6月20日完成时间TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章设计主体 1\o"CurrentDocument"1.1设计目的 1\o"CurrentDocument"1.2设计要求 1\o"CurrentDocument"1.3设计原理 1\o"CurrentDocument"2.2传感器的应用原理 2\o"CurrentDocument"2.3信号处理电路 2\o"CurrentDocument"2.4运算放大器 3\o"CurrentDocument"第4章计算误差、分析灵敏度 4\o"CurrentDocument"4.1NTC热敏电阻温度特性分析 4\o"CurrentDocument"4.2热电特性 4\o"CurrentDocument"第5章设计总结 5\o"CurrentDocument"参考文献 6第1章设计主体1.1设计目的通过学习到的传感器的知识，把学到的知识用到传感器的应用和设计中去应用，通过理论和事件的相结合设计出题目要求的器件。通过学习到的热敏电阻的知识和传感器的工作原理结合直流电桥，比较器，三极管等相关知识。利用自己所学过的理论知识设计电路图，并进行仿真模拟，得到可行的设计电路，再设计电路时提高自己的见识，增长自己的知识。1.2设计要求1•根据要实现的功能，画出设计电路图。2•本题目要求（1） 将热敏电阻接到桥式电路中，常温下输出电压为0，LED不发光。（2） 当把热敏电阻加到一定的热水或冷水中，（即温度升高或降低）桥式电路不平衡，导致后续的晶体管出现导通，对应的LED亮。1.3设计原理由于热敏电阻的阻值受到温度的影响而发生变化。在这里我们使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，特别适用于-100〜300°C之间测温，在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，即随着温度的升高阻值不断减小。由于热敏电阻是由半导体材料制成的热敏电阻的电阻值岁温度的升高将按指数规律迅速减小。第2章硬件电路设计2.1电路设计结构框图LM358n三极管90空二极管发热敏电阻驱动图2-1电路设计结构框图

2.2传感器的应用原理传统的分立式温度传感器一热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50°C-1600°C进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-镍铬，最低可测到-269°C,钨-铼最高可达2800Co热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体A和B连接起来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图1所示。当导体A和B的两个接点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定大小的电流，这种现象即称为热电效应，也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应进行工作的。热电偶的一端是将A、B两种导体焊接在一起，称为工作端，置于温度为t的被测介质中。另一端称为参比端或自由端，放于温度为tO的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度值。热电偶两端的热电势差可以用下式表示:Et=E(t)-E(tO)式中:Et—热电偶的热电势E(t)—温度为t时的热电势E(tO)—温度为tO时的热电势。2.3信号处理电路采用LM324四运放集成电路。采用14脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用以外，四组运放相互独立。每一组运放都可以用图一所示的符号来表示，共有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号出入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，V-(-)为反相入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2-2与图2-3。图2-2LM3241413121110 9图2-2LM324-卑■4匸•图2-3LM324引脚’ : 7当去掉运放的反馈电阻，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大，此时运放变成、形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+）,就是低电平（V-）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。2.4运算放大器我们选择第一组与第二组进高低温比较：当环境温度高于80°C时，5管脚电位高6管脚电位，7管脚输出高电平，C9013导通，红灯亮且蜂鸣响，否则红灯不亮蜂鸣不响;当环温度低于30C时，3管脚电位高于2管脚电位，1管脚输出为高电平，C9013导通，绿灯亮，否则输出绿灯不亮。第3章仿真调试3.1仿真电路基本设计出来后，在计算机上用PROTEUS系统仿真软件实现仿真。对元器件的取值应严格按照设计的电路及实际情况来确定，以减少在硬件操作时的麻烦。仿真图如图3-1所示图3-1仿真结果图

第4章计算误差、分析灵敏度4.1NTC热敏电阻温度特性分析温度特性用下面公式表示：R0—温度为T时的热敏电阻阻值；一温度为TO时的热敏电阻阻值，一般常取为20摄氏度；B—热敏电阻常数，B=13651nR20/R100,其中R20和R100为20摄氏度和100摄氏度时的电阻值。由式（1）可以看出，阻值变化与温度变化为指数关系，随温度升高，热敏电阻阻值迅速下降，灵敏度高是热敏电阻测温的主要优点。4.2热电特性dR Ba=t=—Rd T2tt由式（2）可以看出，NTC热敏电阻的温度系数是负值，且与温度变化有关。温度越低，温度系数越大，灵敏度越高，所以NTC热敏电阻常用于低温测量。当温度变化时，要使RT线性变化，其中，R1为要串联的电阻，R2为要并联的电阻，R1为NTC热敏电阻。下面说明如何确定R1和R2的阻值。解出：Rr—rr“、r=t2 12 （3）tr+r—R12当补偿温度范围为T1-T2时，可在三个温度点上测量R1值，即TO、Tl、T2，TO取T1与T2之间的温度，一般常选25度，热敏电阻阻值分别为rTO、rTl、rT2，而RT1、RT2、RTO是线性化处理后理想直线上Tl、T2、TO温度时对应的阻值。由式（3）可知：(4)Rr—rr Rr—rr(4)r二一t^2 1-2；r二一 —t1r+r—Rt2r+r—R

1 2t 1 2t代入式（4）即可求出r1、r2阻值的大小。实际电路中，为了满足通过电流大小的需要，常要再并联上一个电阻分流，其大小由通过的电流大小决定，此电阻的值相差很大，基本不影响RT与温度的线性关系。运用串并联电阻的方法实现热敏电阻线性化简单易行，可用于精度要求不高的场合。选用负温度系数的NTC热敏电阻作为传感器，随温度增加，电阻降低。（注意：但被测量随信号变化传感器阻值变化的，都可以考虑选用三极管驱动。当做开关使用）A为运放，晶体管VT1和VT2为驱动电路。电桥的输出两端接运算放大器的同相端，反相接输入端。Rt=4700。［视所选器件而定］在25度时电桥平衡（操作时，调节为室内温度），放大器输出为0。VT1、VT2均不导通，LED发光。当温度降低，电桥输出a点电压低于b点电压，并使放大器输出电压低于-0.7V时，VT2导通，LED2发光。当温度升高时，电压输出a点电压高于b点电压，并使放大器输出电压大于0.7V,VT1导通，LED发光。放大倍数约为100，因此电桥的输出电压上下限约为-0.7V〜+0.7V，由此可推温度上下限。第5章设计总结本次设计通过因为温度的不同导致热敏电阻阻值的变化，使得电压变化，经放大比较器的比较决定是哪一个三极管导通，从而驱动不同颜色的二极管的导通，这样，我们通过二极管的颜色就可以知道是是温度的大概范围。实现了用热敏电阻来检测温度。这次的设计，我们从网上找了大量的资料，同时查阅了也查阅了大量的文献资料，通过查询不同功能的放大比较器，和驱动的三极管，经过比对，分析选用了本次设计的型号，又经过在仿真软件上的仿真模拟确定其操作的可行性，发现不管热敏电阻的温度怎么变化都不会得到正确的结果，几经检查，分析才知道原来是用的分压电阻的阻值不正确。经过了大家的努力，我们终于把用热敏电阻来实现温度监控的设计电路设计完成。这次的设计从一开始的设计思路开始查询，需要用什么什么器件，各种器件都需要怎么来使用，