温度测量仪说明书Word格式文档下载.docx
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4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。
5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。
目录
第一章绪论..........................................5
1.1课题研究背景和意义...............................5
1.2本人主要工作.....................................5
第二章方案设计..........................................7
2.1基本原理..........................................7
2.2温度传感器的选择..................................7
2.3AD590温度传感器的简介............................7
第三章电路设计.........................................9
3.1单元电路设计......................................9
3.1.1温度—电压变换电路...........................9
3.1.2K—℃变换器.................................9
3.1.32.732V电压产生电路..........................9
3.1.4放大器.......................................10
3.1.5比较器......................................11
3.1.6驱动电路......................................11
3.2整体电路图设计....................................13
第四章仿真与制作.........................................14
4.1电路仿真.........................................14
4.2PCB电路板制作.....................................17
4.2.1protell使用简要说明..........................17
4.2.2绘制SCH原理图................................17
4.2.3做SCH零件库元件.............................20
4.2.4做PCB零件封装..................................20
4.3温度测量仪的调试..................................22
4.3.1调试要点和注意事项..................................22
4.3.2实物的调试..................................22
第五章结束语............................................23
第六章参考文献........................................24
附录A元件清单.........................................25
附录B实物图..................................................26
第一章绪论
1.1 课题研究背景和意义
温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
在整个宇宙当中，温度无处不存在。
无论在地球上还是在月球上，也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的冥王星上，这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差别。
温度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度的检测与控制。
并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度的检测及控制就非常有必要了。
温度是工业农业生产不可缺少的因素，但传统的方法是用温度表、双金属式测量计等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。
这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度误差大，随机性大。
含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据存储，运算逻辑判断及自动化的功能，有着智能作用。
随着生产的发展，一个低成本和具有较高精度的温度测量仪在许多领域会代替人工操作，自动控制各种仪器调整环境温度。
目前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量，而且温度信息传递不及时，精度达不到要求，不利于控制者根据温度变化及时做出决定，为此，本设计开发了一种能够同时测量多点，并实时性高、精度高，能够综合处理多点温湿度信息，并能进行温湿度控制的测控产品。
总之，环境温度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。
本文设计了一个基于集成温度传感器AD590的温度测量仪设计，它的主要功能是利用集成温度传感器AD590，集成运放UA741,设计了一个能够根据设定温度报警的电路。
其中AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。
1.2本人主要工作
1、设计原理电路图,
2、根据所设计的电路图利用protel画出原理图，
3、在原理图的基础上利用protel作出pcb板电路封装图。
第二章方案设计
2.1基本原理
图2.1温度测量仪原理框图
2.2 温度传感器的选择
方案一：
采用热电阻温度传感器。
热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。
现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。
其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。
铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。
缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。
按IEC标准测温范围-200~650℃，XX电阻比W（100）=1.3850时，R0为100Ω和10Ω，其允许的测量误差A级为±
（0.15℃+0.002|t|），B级为±
（0.3℃+0.005|t|）。
铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；
但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。
在工业中用于-50~180℃测温。
方案二：
采用AD590温度传感器。
它是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。
它的测温范围为-55℃～+150℃，而且精度高。
其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±
0.3℃。
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。
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。
比较方案一和二，方案二更适合本设计的温度测量仪。
2.3AD590温度传感器的简介
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。
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±
AD590的管脚图及元件符号如下图2.2和图2.3所示。
图2.2AD590管脚（第三个脚可以不用,是接外壳做屏蔽用的）
图2.3AD590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2.4AD590基本应用电路
在图2.4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：
在T℃时，其输出电流Io=（273.2+T）μA
（2.2.1）
第三章电路设计
3.1单元电路设计
3.1.1温度—电压变换电路
如图3-1所示
图3-1温度—电压变换电路图3-2K—℃变换电路
如图3-1所示。
由图可得：
可取R=10KΩ则
。
3.1.2K—℃变换器
如图3-2所示，因为AD590的温控电流值是对应绝对温度K，而在设计中需要采用℃，由运放组成的加法器可以实现这一转换，参考电路如图3-2所示。
可得
（3.1.1）
实际应用中可取
计算得R’=3.3k
则式（3.1.1）可变为
（3.1.2）
元件参数的确定和－UR选取的指导思想是：
0℃（即273K）时，
综合式（2.2.1），可得
（3.1.3）
3.1.32.732V电压产生电路
图3-32.732V电压产生电路
由于开尔文温度和摄氏温度有一个273.2的差值，所以利用加法器来消除2.732V的电压，也就完成了K-℃转换。
3.1.4放大器
如图3-4所示输出u03满足100mV/℃。
设流经R4，R6的电流分别为
，
由虚断的概念可知，
，
所以得出:
（3.1.4）
为了提供一个合适的静态偏置，以及减小输入级偏置电流引起的运算误差，故在其同向端接入一个平衡电阻
（3.1.5）
要使
满足100mV/℃，又因为
，由式（3.1.4）可得我们可取
图3-4放大器电路
3.1.5比较器
图3-5比较器图3-6驱动电路
由电压比较器组成，如图3-5所示。
Uref为报警时温度设定电压5V，R3,R4用于稳定输入电压。
Rf2用于改善比较器的迟滞特性，R5用于报警设备的输入电阻，用来控制输入电流的大小。
这些电阻决定了系统的精度。
由比较器的虚短和虚断概念得
（3.1.6）
经过调试，可取
3.1.6驱动电路
如图3-6所示，根据电压比较器的输出u4，接到驱动电路。
温度小于设定值前发光二极管应处于熄灭状态，反之，为点亮。
当
的值小于
的值时，
输出为低电平，三极管截止，发光二极管无响应。
的电压值大于
时，
输出为高电平，三极管导通，此时发光二极管发光，产生警报.
3.2整体电路图设计
图3-7温度测量仪EWB仿真电路图
第四章仿真与制作
4.1电路仿真
仿真电路如图4.1.1,4.1.2和4.1.3所示
其中，图4.1.1是温度未达警戒线50℃的仿真电路；
图4.1.2是温度刚好为50℃的仿真电路；
图4.1.3是温度超过警戒线50℃的仿真电路。
图4.1.127℃时
图4.1.250℃时
图4.1.360℃时
仿真结果及其分析
由图4.2.1可以看出：
当恒流源取300uA（300K）时，转化为温度是300-273=27℃，而
的电压值大约为2.7V，即仿真所得的实际结果与理论相同。
由图4.2.2可以看出：
当恒流源取323uA（323K）时，转化为温度是323-273=50℃，而
的电压值大约为5V，即仿真所得的实际结果与理论相同。
由图4.2.2可以看出：
当恒流源取333uA（333K）时，转化为温度是333-273=60℃，而
的电压值大约为6.0V，即仿真所得的实际结果与理论相同。
所以，仿真成功，可以通过此装置测得温度。
4.2PCB电路板制作
4.2.1protel使用简要说明
一原理图设计模块（Schematic模块）
电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件，电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线路和结点组成。
该原理图是由Schematic模块设计完成的。
Schematic模块具有如下功能：
丰富而灵活的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。
二印制电路板设计模块（PCB设计模块）
印制电路板（PCB）制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。
设计了电路原理图后，需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图，然后在根据制板图制作具体的电路板。
印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点：
可完成复杂印制电路板（PCB）的设计；
方便而又灵活的编辑功能；
强大的设计自动化功能；
在线式库编辑及完善的库管理；
完备的输出系统等。
4.2.2绘制SCH原理图
步骤：
1.建立原理图纸
2.选择图纸样式
3.定位元件和加载元件库及放置元件
4.设置元件的格式及名称编号
5.生成网络表格
原理图如图4-2-1
图4-2-1温度测量仪protel原理图
6.把SCH文件变成PCB板，摆放好原件并进行布线
4.2.3做SCH零件库元件
1.先来打开SCH文件，选中教学提供的那个SCH零件库，然后选编辑，进入SCH零件编辑器；
2.在这个现有的库中新建一个SCH零件，单击“Tools”工具条，NewComponent选项；
3.要注意SCH零件的管脚的电气连接有效点是有讲究的！
4.给零件库中的零件改名字，单击“Tools”工具条吗，RenameComponent选项；
5.保存做好的元件。
4.2.4做PCB零件封装
打开PCB，选择PCB封装库，按图选择编辑按纽进入PCB封装编辑器；
1.转换制式，改为公制：
单击“View”，选择ToggleUnits；
2.新建一PCB封装：
单击“Tools”、“NewComponent”选项；
3.弹出一ComponentWizard工具框,选择“Cancel”；
4.把封装的起始位置定位为绝对中心：
单击Edit选项卡，选择“Jump”再选“Reference”选项；
5.做封装时，重点注意焊盘的名称中文注释；
6.单击“Reports”中的“MeasureDistance”选项测量封装的尺寸是否精确；
7.完成封装。
PCB电路封装图如图4-2-2所示
图4-2-2PCB电路封装图
4.3温度测量仪的调试
1.调试要点和注意事项：
用温度计测传感器处的温度T（℃）如T=27℃（300K）。
若取R0=10KΩ，则U1=3V调整UR的值使U2=-270mV,若放大器的放大倍数为－10倍，则放大器的输出U3应为2.7V。
测比较器的比较电压U2值，使其等于所设定的温度乘以0.1V，如设定温度为50℃，则值为5V。
比较器的输出可接发光二极管。
把温度传感器加热（可以电吹风吹）在温度小于设定值前发光二极管应处于熄灭状态，反之，为点亮。
2.实物的调试：
温度测量仪测试：
经过温度计的测试已知电吹风分为三个档次的风力，且风力分别大约等于25℃、50℃、60℃，所以我们决定使用电吹风的风热吹到AD590上。
将电吹风对着AD590吹小风，即当恒流源取300uA（300K）时，转化为温度是300-273=27℃，而所测
的电压值为2.53V，与已知的理论值2.7V不符合，调节电路板上电位器使
的值大约为2.7V即可。
电吹风吹中档风，即当恒流源取323uA（323K）时，转化为温度是323-273=50℃，而
的电压值4.13V，与已知的理论值不符合，调节其电位器使
的值大约为5V即可。
当电吹风开到最大档风力，即当恒流源取333uA（333K）时，转化为温度是333-273=60℃，而
的电压值大约为5.99V，与已知理论值基本6V相同，所以，调试成功，可以通过此装置测得温度。
第五章结束语
本次课程设计完成的是基于集成温度传感器AD590的温度测量来报警的设计，并通过发光二极管是否发光来判断是否超过预置的温度。
通过近半个月的不断努力，最终实现了任务目标。
本次设计主要是对在温度测量的智能化、集成化方面的探索，这也是温度测试发展的趋势。
同时，也是测控技术未来发展的趋势。
设计是理论知识与实践的完美结合，对于现代大学生的实践能力是个很好的培养。
短短的半个月的时间里，我的主要工作是绘制原理图和制作PCB板图。
我对PROTEL这款软件的基本操作及软件特性有了一个初步的了解，在整个学习过程中，常常遇到这样那样的问题，但在优秀同学帮助下，最后作出了原理图和ＰＣＢ图．因此我对PROTEL这款软件也有了很大的了解，通过几天来的学习我熟悉了PROTEL的基本操作，掌握了用PROTEL绘制原理图的基本方法，掌握了用PROTEL制作PCB板的方法。
也接触到了PROTEL的许多用途，特别是在仿真领域里的使用。
但这些更让我认识到自己对PROTEL的认识还很浅显，不过我相信在以后的学习和与应用中，我一定会牢固地掌握此软件。
设计虽然短暂，但是它给我们的收获确实难忘，不仅仅在理论知识方面有了很大的进步，而且在传感器，方面也学到了不少在上课学不到的知识。
通过查阅很多关于课程设计的资料，对我帮助也很大。
以前很盲目的东西，现在明白了很多。
也对我专业动手实践的兴趣提高了很多。
有了这些经历对于我们日后工作一定会有很大帮助。
令我们终身受益。
在课程设计的过程中我们遇到了很多问题，也可以看到我们的不足，如原理知识掌握不实，曾经学过的知识如今却不会应用，软件的应用也不熟练，希望日后提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力。
第六章参考文献
参考文献：
1康华光<
<
电子技术基础>
>
模拟部分（第五版）北京：
高等教育出版社
2谢自美<
电子线路设计·
实验·
测试>
（第三版）武汉：
华中科技大学出版社
3邱光源<
电路>
（第5版）北京：
4
5
附录A元件清单
使用元器件
型号
数量
普通二极管
1N4007
1
稳压管
2CW17
2
发光二极管
三极管
S9015
运算放大器
UA741
4
10K
9
2.4K
电阻
1K
0.2K
100K
电位器
温度传感器
AD590
数字电压显示表头
附录B实物图
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