水温测量仪课程设计修改综述.docx
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水温测量仪课程设计修改综述
水温测量仪的设计
河北科技师范学院机电工程学院电子1401崔如山066600
前言
现在的生活中,传感器越来越普遍了,有了温度传感器,对温度的控制就很容易了,由温度传感器为主要核心的水温测量仪就是一个例子,我们可以较为简便的控制水温达到想要的程度。
在对其进行设计的时候,要能很好的掌握通过对温度测量电路的设计、安装和调试了解温度传感器的性能,学会在实际电路中应用。
水温测量仪在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等领域都有广泛应用,其主要用于报警设备。
如在地质探测上,其可以读出地下水温,进而给地质工作者提供地质状况判断依据。
在海水检测领域,可以时时刻刻监测水温,给出洋流预测参考数据。
水温测量仪的作用渗透我们生活的各个方面,给我们带来了极大的便利。
关键词:
温度传感器、温度测量仪、水温测量仪
一、设计目的
1、通过对温度测量电路的设计、安装和调试了解温度传感器的性能,学会在实际电路中应用;
2、进一步熟悉集成运放的线性和非线性应用。
二、温度测量仪的设计
2.1设计方案
2.1.1温度测量仪设计思路
(1)、选择被测对象,经过温度传感器AD590将温度转换为电流,然后经过温度-电压变化,转化为电压;
(2)、转化的电压再经过K—℃变换电路转化为绝对℃;
(3)、再经过反相比例放大电路,将电压值放大;
(4)、最后利用差分放大电路,将电压进行比较,通过驱动电路进行报警,超过设定温度,发光二极管将会变亮。
2.1.2温度测量仪框图
温度测量仪经过下图2.1过程完成,达到效果。
图2.1温度测量仪原理框图
其中,每个框图作用如下:
K—℃变换电路:
将开尔文温度转变为绝对温度℃;
放大电路:
经过运算放大器实现电压的放大作用;
电压比较器:
运用差分放大电路原理将电压进行比较,得到摄氏温度与输出电压的关系。
报警设备:
实现实验结果。
三、电路设计
3.1温度—电压变换
温度—电压变换电路
图3.1温度—电压变换电路
在图中,U的值为I乘上10K,以T℃而言,输出值为10K×(273.2+T)在该电路中,包含了一个电压跟随器。
电压跟随器的特性如下:
·隔离缓冲。
·电压跟随(极性不变)。
·电压放大倍数为一倍,只是改善输出量的输出质量,不改变输出值。
利用电压跟随器的隔离缓冲作用确保了AD590输出的电压值稳定。
AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流。
AD590的主要特性如下:
·流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数。
·AD590的测温范围为-55℃~+150℃。
·AD590的电源电压范围为4V~30V。
电源电压可在4V~6V范围变化,电流变化1mA,相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。
·精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55℃~+150℃范围内,非线性误差为±0.3℃。
AD590最重要的特性是:
度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。
AD590的接口电路十分简单,不需要外围温度补偿和线性处理电路,便安装调试。
AD590的管脚图及元件符号如下图所示。
图3.2AD590管脚(第三个脚可以不用,是接外壳做屏蔽用的)
图3.3AD590元件符号(1管脚接电源;2管脚输出电流)
AD590基本应用电路如下图所示。
图3.4AD590基本应用电路
在图3中,经过实验测得AD590输出电流I与摄氏温度T与输出电压U及开尔文温度K的关系如下:
表3.1输出电流I与摄氏温度T与输出电压U及开尔文温度K的关系
K/开尔文
T/℃
Io/μA
U/V
273.2
0
273.2+0
2.732+0.00×0
274.2
1
273.2+1
2.732+0.01×1
275.2
2
273.2+2
2.732+0.01×2
276.2
3
273.2+3
2.732+0.01×3
277.2
4
273.2+4
2.732+0.01×4
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
283.2
10
273.2+10
2.732+0.01×10
由该图表分析可得AD590的输出电流值说明如下:
其输出电流是以绝对温度零度(-273.2℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在T℃时,其输出电流Io=(273.2+T)μA。
3.22.732V电压产生电路
利用AD590的基本应用电路(图3)可得到电压U=(2.732+0.01T)V,即AD590的温控电流值是对应热力学温度K,而在温控中需要采用摄氏温度℃
,需要设计电路消去关系式中的2.732V,消去2.732V后,就得到了输出电压U与摄氏温度T的关系。
需要设计一个得到恒压2.732V的电路。
为了得到2.732V电压,可使用下图电路:
图3.5
3.3稳压调整
调整变阻器的值使Uo=2.732V。
但该电路存在缺点。
由于一般电源供应较多器件之后,电源是带噪声的,使得Uo不稳定。
因此可使用稳压管利用可变电阻分压调整,调整后电路图如下:
图3.6
3.4差分放大电路
图3.7差分放大电路
差分放大电路(上图)的作用是消去关系式U=(2.732+0.01T)V中的2.732V,并对信号进行放大。
利用差分法大电路得到输出Uo=10(Uo2-Uo1)=T/10V。
这样就得到了摄氏温度与输出电压的关系。
利用数字电压表就可以测量出当前的温度了。
如果当前的温度为28℃,则测出的电压为2.8V。
LM358内部包括有两个独立的、增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的使用运算放高大器的场合。
LM358引脚如下图所示。
图3.8LM358引脚图
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电。
LM358特性如下:
·内部频率补偿。
·直流电压增益高(约100dB)。
·单位增益频带宽(约1MHz)。
·电源电压范围宽:
单电源(3—30V)。
3.5控制报警系统电路
控制报警系统电路设计如下图
图3.9报警控制中的差分
将显示温度的输出电压作为此图的输入电压,与可调的额定电压比较,来输出一个控制报警系统的电压。
假如设额定电压为4.3V,则当输入为5V时,它的输出为0.7V(原理与上面的差分放大电路一样,这里就不重复了),可以作为三级管的开关控制电压。
3.6报警原理图
图3.10报警显示图
输入电压为三极管的控制电压,当电压大于0.7V时,三极管CE极为导通状态,及发光二级关的电压为VCC,这是就可知道,温度超过了50°,此电路报警状态。
四、全图设计
4.1完整电路图设计图
五、材料清单及电路相关参数
5.1材料清单
实验板140*951个
集成温度传感器AD5901个
集成运算放大器(带插座)LM3582个
稳压管2DW231(稳压6v)
电阻1/4W1K5个
电阻1/4W10K4个
电阻1/4W100K2个
直流电源12V/1A1个
直流电源5V/1A1个
电位器68K1个
三极管90141个
二极管05Z6.2Y1个
LED或者蜂鸣器1个
5.2元件参数
AD590参数:
·输入电压:
+4V~+30V。
·测量范围:
-55℃~+150℃。
LM358参数:
·电源电压范围:
单电源3~30V。
2DW231参数:
·稳压范围:
5.8V~6.6V
六、总结报告
(一)
通过一理论课程,使我明白了温度测量仪原理,并通过进一步了解,使我对温度测量仪的焊接调试过程充满信心。
但到了实践过程,我们遇到了一些困难。
我们在购买元器件时会碰到一些问题,店家没有我们那个规格的元件,我们只能用其他代替。
如50K的电阻器,我们就换成了68K的。
但经过一些调整,这些变化不会改变电路性能。
焊接方面,首先,我们要掌握电烙铁的使用。
从网上查阅资料查到了一些电烙铁的使用技巧:
1.将烙铁头放置在焊盘和元件引脚处,使焊接点升温。
2.当焊点达到适当温度时,及时将松香焊锡丝放在焊接点上熔化。
3.焊锡熔化后,应将烙铁头根据焊点形状稍加移动,使焊锡均匀布满焊点,并渗入被焊面的缝隙。
焊锡丝熔化适量后,应迅速拿开焊锡丝。
4.拿开电烙铁,当焊点上焊锡已近饱满,焊剂(松香)尚未完全挥发,温度适当,焊锡最亮,流动性最强时,将烙铁头沿元件引脚方向迅速移动,快离开时,快速往回带一下,同时离开焊点,才能保证焊点光亮、圆滑、无毛刺。
用偏口钳将元件过长的引脚剪掉,使元件引脚稍露出焊点即可。
5.焊几个点后用金属丝擦擦烙铁头,使烙铁头干净、光洁。
(二)
经过了一个课程设计,我感想颇多。
首先,我明白了做事情一定要抓紧时间,不能一拖再拖。
原本我们以为一个星期的时间做出一个电路板绰绰有余,所以开始几天的进度很慢。
可结果是,中间遇到了很多意想不到的问题,导致最后时间不够用,一直到礼拜天才将设计及报告全部完成。
经过这次课程设计,我们懂得只有抓紧时间才能够适应快节奏的社会,拖拖拉拉最后会一事无成。
主要参考文献
(1).康华光.电子技术基础(模拟部分)(第五版).高等教育出版社.
(2).邱关源.电路(第五版).高等教育出版社.
(3).阎石.数字电子技术基础(第四版).高等教育出版社.
(4).何希才.传感器及其应用电路.电子工业出版社..
(5).蔡明生.电子设计,高等教育出版社.
(6).梁延贵,王裕琛。
集成运算放大器电压比较器(分册).
(7).郭培源。
电子电路及电子元件[M].北京:
高等教育出版社.
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