数字温度计的设计.docx
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数字温度计的设计.docx
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数字温度计的设计
实验六数字温度计的设计
一、设计目的
通过电子技术的综合设计,熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。
通过设计有助于复习、巩固以往的学习内容,达到灵活应用的目的。
设计完成后在实验室进行自行安装、调试,从而加强学生的动手能力。
在该过程中培养从事设计工作的整体概念。
二、设计要求
1、利用所学的知识,通过上网或到图书馆查阅资料,完成数字温度计的设计;要求写出实验原理,画出原理功能框图,描述其功能。
2、需采用单片机STC15W404AS、NTC热敏电阻、共阳数码管等元器件进行设计,试确定设计方案详细工作原理,计算出参数。
3、技术指标:
1)温度范围:
0---+100℃;误差≤±2℃;
2)选择设计方案;
3)根据设计方案分析设计原理及写出详细的硬件电路设计过程;
方案概要
本设计是利用NTC热敏电阻MF52E-10K(B=3950)1%精度,作为温度传感器,其输出的信号通过STC15W404AS内部AD进行模数转换,然后STC15W404AS对该温度数据进行处理,并由一个4位一体共阳数码管显示显示温度值。
实验报告要求原理、计算等)
1、根据设计要求确定数字温度计方案,并完成电路设计,分别说明设计方案、电路工作原理:
2、完成电路连接并进行数字温度计测试:
参考设计电路
图1参考电路图
表1元器件清单
图2参考电路图
表2元器件清单
图3数码管引脚图
参考程序:
******************************************/
#defineMAIN_FoscL1.2.3.4.5.6.7.8.9.-1
/*
u8codet_display[]={1.2.3.4.5.6.7.8.9.-1
*/
u8codeT_COM[]={0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F};
(T1,R1).(T2,R2)and(T3,R3),通过式3~6计算。
首先由式样3根据T0和T1,T2,T3的电阻值求出B1,B2,B3,然后代入以下各式样。
•电阻值计算例
试根据电阻-温度特性表,求25°C时的电阻值为5(kΩ),B值偏差为50(K)的热敏电阻在10°C~30°C的电阻值。
•步骤
(1)根据电阻-温度特性表,求常数C、D、E。
To=25+ T1=10+ T2=20+ T3=30+
(2)代入BT=CT2+DT+E+50,求BT。
(3)将数值代入R=5exp{(BTI/T-I/},求R。
*T:
10+~30+
•电阻-温度特性图如图1所示
电阻温度系数
所谓电阻温度系数(α),是指在任意温度下温度变化1°C(K)时的零负载电阻变化率。
电阻温度系数(α)与B值的关系,可将式1微分得到。
这里α前的负号(-),表示当温度上升时零负载电阻降低。
散热系数(JIS-C2570)
散热系数(δ)是指在热平衡状态下,热敏电阻元件通过自身发热使其温度上升1°C时所需的功率。
在热平衡状态下,热敏电阻的温度T1、环境温度T2及消耗功率P之间关系如下式所示。
产品目录记载值为下列测定条件下的典型值。
(1)
25°C静止空气中。
(2)
轴向引脚、经向引脚型在出厂状态下测定。
额定功率(JIS-C2570)
在额定环境温度下,可连续负载运行的功率最大值。
产品目录记载值是以25°C为额定环境温度、由下式计算出的值。
(式)额定功率=散热系数×(最高使用温度-25)
最大运行功率
最大运行功率=t×散热系数…
这是使用热敏电阻进行温度检测或温度补偿时,自身发热产生的温度上升容许值所对应功率。
(JIS中未定义。
)容许温度上升t°C时,最大运行功率可由下式计算。
应环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)
指在零负载状态下,当热敏电阻的环境温度发生急剧变化时,热敏电阻元件产生最初温度与最终温度两者温度差的%的温度变化所需的时间。
热敏电阻的环境温度从T1变为T2时,经过时间t与热敏电阻的温度T之间存在以下关系。
T=
(T1-T2)exp(-t/τ)+T2......
(T2-T1){1-exp(-t/τ)}+T1.....
常数τ称热响应时间常数。
上式中,若令t=τ时,则(T-T1)/(T2-T1)=。
换言之,如上面的定义所述,热敏电阻产生初始温度差%的温度变化所需的时间即为热响应时间常数。
经过时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示。
产品目录记录值为下列测定条件下的典型值。
(1)
静止空气中环境温度从50°C至25°C变化时,热敏电阻的温度变化至°C所需时间。
(2)
轴向引脚、径向引脚型在出厂状态下测定。
另外应注意,散热系数、热响应时间常数随环境温度、组装条件而变化。
NTC负温度系数热敏电阻R-T特性
B值相同,阻值不同的R-T特性曲线示意图
相同阻值,不同B值的NTC热敏电阻R-T特性曲线示意图
温度测量、控制用NTC热敏电阻器
外形结构
环氧封装系列NTC热敏电阻
玻璃封装系列NTC热敏电阻
应用电路原理图
温度测量(惠斯登电桥电路)
温度控制
应用设计
电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品;
冷暖设备、加热恒温电器;
汽车电子温度测控电路;
温度传感器、温度仪表;
医疗电子设备、电子盥洗设备;
手机电池及充电电器。
温度补偿用NTC热敏电阻器
产品概述
许多半导体和ICs有温度系数而且要求温度补偿,以在较大的温度范围中达到稳定性能的作用,由于NTC热敏电阻器有较高的温度系数,所以广泛应用于温度补偿。
主要参数
额定零功率电阻值R25(Ω)
R25允许偏差(%)
B值(25/50℃)/(K)
时间常数≤30S
耗散系数≥6mW/℃
测量功率≤
额定功率≤
使用温度范围-55℃~+125℃
降功耗曲线:
应用原理及实例
了解热敏电阻原理,是应用好热敏电阻的前提。
热敏电阻是对温度敏感的半导体元件,主要特征是随着外界环境温度的变化,其阻值会相应发生较大改变。
电阻值对温度的依赖关系称为阻温特性。
热敏电阻根据温度系数分为两类:
正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。
由于特性上的区别,应用场合互不相同。
正温度系数热敏电阻简称PTC(是PositiveTemperatureCoefficient的缩写),超过一定的温度(居里温度---居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。
低于居里温度时该物质成为铁磁体,此时和材料有关的磁场很难改变。
当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体,磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。
这时的磁敏感度约为10的负6次方。
)时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。
其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素,如La、Nb...等,可使其电阻率下降到10Ω.cm以下,成为良好的半导体陶瓷材料。
这种材料具有很大的正电阻温度系数,在居里温度以上几十度的温度范围内,其电阻率可增大4~10个数量级,即产生所谓PTC效应。
目前大量被使用的PTC热敏电阻种类:
恒温加热用PTC热敏电阻; 低电压加热用PTC热敏电阻;空气加热用热敏电阻;
过电流保护用PTC热敏电阻; 过热保护用PTC热敏电阻; 温度传感用PTC热敏电阻; 延时启动用PTC热敏电阻;
负温度系数热敏电阻简称NTC(是NegativeTemperatureCoefficient的缩写),它的阻值是随着温度的升高而下降的。
主要是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。
这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。
NTC热敏电阻器温度系数-2%~%,可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
NTC负温度系数热敏电阻主要参数:
零功率电阻值RT(Ω)
额定零功率电阻值R25(Ω)
材料常数(热敏指数)B值(K)
零功率电阻温度系数(αT)
应用设计:
* 电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品;
* 冷暖设备、加热恒温电器;
* 汽车电子温度测控电路;
* 温度传感器、温度仪表;
* 医疗电子设备、电子盥洗设备;
* 手机电池及充电电器。
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