基于测温三极管传感器的温度测控电路设计

I扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告题目：基于测温三极管传感器的温度测控电路设计课程：测控电路与传感器课程设计专业：测控技术与仪器班级：测控0902姓名：张健学号：091301222指导教师:纪晓华杨鹏完成时间:II总目录第一部分：任务书第二部分：课程设计报告第三部分：设计电路图I第二部分课程设计报告I目录1课题简介······················································11.1基于测温三极管的温度测控电路设计简介····························12设计要求及技术指标············································12.1课程设计的目的和设计的任务·····································12.2课程设计的要求及技术指标·······································13总方案及原理框图··············································13.1设计的原理框图················································13.2设计的总方案··················································24各组成部分的工作原理··········································24.1电路的设计····················································24.2总原理图·····················································34.3电路工作原理··················································34.4仪器的选择与计算···············································34.5制作与调试····················································45实验结果分析··················································46改进意见、收获、体会、设计总结································56.1改进意见······················································56.2收获、体会、设计总结···········································56.3成果展示······················································67仪器仪表清单··················································78参考文献······················································811、课题简介1.1基于测温三极管的温度测控电路设计简介应用C1815三极管集电极与基极相连构成二极管温度传感器，温度测量范围为-55℃~l25℃度。三极管温度传感器与电阻组成温度电桥电路，在发酵与食品加工过程中用于监测、控制恒温箱中的温度，此温控电路可实现恒温控制和超温报警指示功能。工作电路输出二值输出；另外可用毫安表模拟显示温控器温度2、设计要求及技术指标2.1课程设计的目的和设计的任务通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。1、掌握传感器选择的一般设计方法；2、掌握模拟IC器件的应用；3、掌握测量电路的设计方法；4、培养综合应用所学知识来指导实践的能力。2.2课程设计的要求及技术指标1、设计、组装、调试；2、恒温度控制温度：80℃3、报警温度：85℃；4、使用环境温度：常温5、输出信号：二值输出控制继电器工作；6、恒温控制，风机工作指示、超温报警功能；7、非线性误差：±1％。3、总方案及原理框图3.1设计的原理框图本课题中测量控制电路组成框图如下所示：2三极管温度传感器同向比较器2散热继电器2驱动电路1驱动电路2报警继电器1同相比较器1差动放大器电桥转换电路指示电路2指示电路1图3-13.2设计的总方案在该装置中恒温设置温度点为80℃，报警设置温度点为85℃电路工作过程为：由电阻和C1815组成一个温度电桥，由温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，从而控制风机的起停；或发出报警信号。在温度控制器中，两个温度控制点设置均可通过电位器来进行调节，调节须在装置投入运行前完成。工作时当温度高于80℃时，能使风机断电停止工作，并用指示灯作为工作状态指示器；当温度低于80℃时，情况正好相反，使风机开始工作。当温度高于85℃时，发出报警信号。注意事项：为避免测温三极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过0.5mA。4、各组成部分的工作原理4.1电路的设计三极管温度传感器同向比较器2散热继电器2驱动电路1驱动电路2报警继电器1同相比较器1差动放大器电桥转换电路指示电路2指示电路1图4-134.2总原理图85326741IC1UA741CN23184AIC2AMC4558CN23184AIC2AMC4558CNQ2C1815Q3D3D4D1REDD2GREENJ1J2R1R9Res2R2R3R4R5R7R8R10R14R12R11WxW1W2W5W6Q1C1815+12VCC-12VCC+12VCC+12VCC+12VCCR1320VCC20VCC+12VCC+12VCC-12VCC-12VCC12JP1123JP3123JP2Q1+Q1-Q1+Q1-三极管温度传感器图4-24.3电路工作原理Rl，R2，WX和BGl组成一个温度电桥，BGl由硅三极管接成二极管，制成温度传感器。放大了的温度信号由ICl的6脚分别加至IC2-1组成的温度报警器和IC2—2组成的温度控制器上。在温度控制器中，W6为温度控制点设置电位器。在该装置中设置点为80℃，当温度高于80℃时，由运算放大器构成的比较器输出高电平，使晶体管BG3(C1815)导通，带动一次继电器J2(JQX-13F)，则中问继电器J3断开，风机断电停止工作，其中D2作为工作状态指示器。当温度低于80℃时，情况正好相反，使晶体管BG3(C1815)截止，一次继电器J2(JQX-13F)断电，中间继电器J3通电，风机开始工作。W5为温度报警点设置电位器。另外，ICl的输出可由微安表指示，W3和W4为表头校准电位器。4.4仪器的选择与计算为避免测温晶体管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过1mA。电桥平衡桥臂上流过的电流取0.5mA。放大电路ICl选用集成电路741，IC2选用集成电路4558，IC3选用报警声集成电路。4BGl,BG2和BG3均选用C1815三极管。指示器D2选用Ф5mm绿色发光二极管。温度报警点设置的电位器W5选用10kΩ的。电阻的选择:R1=20K,R2=20K,R3=10K,R4=10K,R5=220K,R6=120K,R7=2.2K,R8=1K,R9=9.5K,R10=1K,R11=100Ω，R12=100Ω,WX=3K,W1=500K,W2=12K,W3=1K,W4=100K,W5=10K,W6=10K。4.5制作与调试除了电动喇叭、微安表和电位器外，所有元器件焊装在印制板上，然后装入塑料机壳中，机壳面板上留有适当位置用于焊装喇叭、微安表和电位器。本电路焊装完毕，即可进行调试。调试时，首先短接ICl的两输入端，调整W2使放大器输出为0V，指示表头应显示为0℃。置传感器头于冰槽中，调WX使其显示为0℃，再置传感器头于80℃的恒温缸中，调W1使显示为80℃，可用标准水银温度计校准。其中WX和负载电位器W1应反复调节，为了调试方便，可先断开+20V电源使输出部分不工作。5、实验结果分析实验结果水温（℃）电压1(V)电压2(V)均值(V)851.84401.83001.8370801.79501.79001.7925751.71301.71501.714701.69121.68501.6881651.63951.64051.6400601.58801.59201.5900551.53401.53601.5350501.47001.47501.4725451.42001.42301.4215401.36501.36401.3645351.29401.29501.2945表5-15图5-1连接好全部的电路，将三极管放入热水中，用温度计监测热水的温度,当温度达到80℃时，绿灯点亮；当温度达到85℃时，红灯点亮；当温度下降到60℃以下时两个灯都熄灭。实验结果已到达预期的要求。5、改进意见、收获、体会、设计总结6.1改进意见由于三极管传感器在测温度时，对温度的感应有点延迟，在温度计达到80℃和85℃时的实际电压对应的温度比实际的要低，故在设计时应把报警电压设置的稍微低点。6.2收获、体会、设计总结知识已经学了几个学期了，有些都遗忘了，课程设计时必须得复习之前的知识在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。经过一个星期的实习，过程中有各种曲折。从原理图开始设计，无从起头，参考了好多资料，终于开始一步步的设计，设计出每一块的的电路，然后拼接起来，但是这次电路设计没有仿真，后来老师给了统一的原理图，然后发了器件开始焊接，当然焊接不是什么很困难得事情，只是要严格按照原理图，仔仔细细的焊接，哪里遗漏的话检查起来就比较麻烦。而在测试的时候玉带的问题就比较多了。也通过这次课程设计，我更加明白了团队的重要性，一个好的团队的效率是补课估量的。我们团队里额度两人分工合作，遇到问题集中讨论，效率才可以上去。这次课程设计让我明白了很多。首先，理论与实际联系的重要性：光有理论知识，6而动手能力弱是不行的，也不能片面的强调实践的重要性而忽略理论知识，做东西的时候也会漏洞百出；其次，基础课的重要性：此次传感器与测控电路课程设计涉及到很多基础课的内容，当然在实践的时候我还是回去翻阅以前的书本；最后也最重要的是团队力量。6.3成果展示图6-177、仪器仪表清单序号元器件、仪表名称及型号数量1C18153只2运放UF7411只3MC45581只4LED灯红绿各一只5IN41482只6继电器2只8电阻100Ω2只电阻1K2只电阻2.2K1只电阻9.5K1只电阻10K2只电阻20K2只电阻120K1只电阻220K1只9电位器1K1只电位器3K1只电位器10K2只电位器100K1只电位器470K1只电位器12K1只表7-188、参考文献[1]张国雄主编.《测控电路》.机械工业出版社.2008[2]陈杰，黄鸿主编.《传感器与检测技术》.高等教育出版社.2009[3]王成华主编.《电子线路基础教程》.科学出版社.2000[4]李万臣主编.《模拟电子技术基础实验与课程设计》.哈尔滨工程大学出版社.2001[5]孙梅生主编.电子技术基础课程设计.高教出版社.1989[6]电子电路百科全书（1.2.3.4.卷）.科学出版社第三部分焊接电路图85326741IC1UA741CN23184AIC2AMC4558CN23184AIC2AMC4558CNQ2C1815Q3D3D4D1REDD2GREENJ1J2R1R9Res2R2R3R4R5R7R8R10R