基于的温度测控电路设计样本.docx

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基于的温度测控电路设计样本

实验三温度控制电路设计

一、实验目

（1）理解传感器基本知识，掌握传感器基本用法。

（2）理解关于控制基本知识。

（3）掌握依照温度传感器来设计控制电路基本思路。

二、设计指标与规定

（1）电源：

+12V或±12V单双电源供电均可。

（2）规定温度设定范畴为-20℃—+130℃，温度非线性误差不得超过±5℃。

（3）控制某些：

监控温度高于设定上限温度或低于设定下限温度时，分别点亮不同颜色二极管。

三、实验原理与电路

本实验规定依照监控温度来做出相应报警响应，该温度传感控制系统如图1所示。

图1温度传感器控制框图

（一）

温度传感器将温度信号转换为电信号，通过信号解决电路对其进行解决，最后通过报警控制电路来控制发光二极管批示。

（一）温度传感器

1、关于温度传感元件简介

集成芯片LM35。

LM35是美国国家半导体公司生产集成电路温度传感器系列产品之一，它具备很高工作精度和较宽线性工作范畴，该器件输出电压与摄氏温度呈线性关系。

因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文原则线性温度传感器相比更有优越之处，LM不必外部校准和微调，可以提供惯用室温精度。

特点与基本参数：

直接以摄氏温度校准：

线性比例因数：

+10.0mV/；

0.5℃精准性保证（+25℃）；

额定全工作范畴：

-55～+150℃；

电压供电范畴：

直流4～30V；

漏电电流：

不大于60μA；

低自发热量，在静止空气中：

0.08℃；

非线性特性：

±1/4℃；

封装形式及管脚阐明、典型应用：

LM35采用TO--220塑料封装形式，其引脚排列如图2所示。

典型应用如图3所示，在图4中，若

R=-VS/50μA

VOUT=+1500mV（+150℃）

=+250mV（+250℃）

=-550mV（-55℃）

图2LM35引脚排列图图3基本摄氏温度图4全工作范畴摄氏

传感器（例一）温度传感器（例二）典型性能特性如图5所示：

图5最小电压输入与温度关系

（2）温度传感元件选取

依照设计指标与规定中对电源规定，热敏电阻、LM35和AD590都可以选用，但依照对传感器工作条件和精度规定综合考虑，选取LM35作为温度传感元件。

（二）信号解决

由LM35技术资料可知，LM35把温度信号转变成了电压信号，输出范畴在-50——1500mV内并且输出电压和温度呈良好线性关系。

要点亮发光二极管，仅仅靠LM35提供输出电压显然是远远不够，需要对其输出信号进行放大。

因此选取电压放大器作为信号解决某些。

下面给出用运放实现基本电压放大器实例：

R2R2

ViR1R1

VOVO

R3ViR3

图7反相比例放大器图8同相比例放大器

如图8所示，若R3=R1||R2，则

。

如图9所示，若R3=R1||R2,则有

再次规定放大器输入电阻要尽量大。

（三）报警控制

虽然对传感器输入信号进行放大，但如果直接点亮二极管就无法起到对设定上限温度或设定下限温度进行判断作用，从而分别点亮不同颜色二极管。

在此可以选取电压比较器来对输出电压和某特定电压进行比较，这个比较电压可以依照LM35输出电压和温度线性特性，以及放大后信号和LM35输出信号关系得出。

下面给出简朴电压比较器实例：

如图9所示，图中+VCC为系统供电电压，Rw为电位器D1，D2和D3均为稳压管，LED为发光二极管。

从图可知，该比较器比较电压即为Vp，即滑动端P到地之间电压，可见，该比较电压为正。

此电压由系统供电电压提供，为系统供电电压稳定，普通R1较大；为使比较电压Vp更加稳定，给Rw并联一种稳压管D1，以稳定电位器两端电压，稳压管稳压电压选取可以依照下式：

D2和D3构成双向稳压管，R3为限流电阻（保护发光二极管），LED点亮条件普通为1.6V，10mA,故可以更具下式来选取限流电阻R3:

依照以上分析，可以画出该温度控制系统框图，如图10所示。

报警控制电路电压比较电路

环境温度

电压放大电路

温度传感器

图10温度传感控制电路框图

（二）

（四）设计环节

（1）依照设计指标和温度传感器关于资料，选取LM35作为温度传感器，由于Multisim中没有LM35，故选用可调电压源代替温度传感器，详细电路设计如图11所示：

图11可调直流电源

（2）选取适当电压放大电路，使放大器输出电压不得超过5V。

LM35输出端电压因温度变化1摄氏度而变化10mV，很难检测。

因此必要通过一定解决方可成为测量以及控制某些所使用信号。

解决办法也就是将它无损放大一定倍数。

本实验采用同相比例放大电路，因控制或测量最高温度在130摄氏度时候，LM35输出电压为1.3V。

温度在-20℃摄氏度时候输出为-200mV。

经下面计算

得

即

考虑计算以便，以及最后输出测量以便，放大倍数为3为宜。

电路如图12所示：

图12电压放大电路

（3）依照设计规定，设定上限温度为30℃，下限温度为23℃，由温度传感器线性比例关系可知LM35输出上门限电压为300mV,下门限电压为230mV，通过同相比例放大器放大，电压比较器输入电压上限为900mV，下限为690mV。

因而需要设定同相电压比较器参照电压VPH=0.9V，反相电压比较器参照电压VPL=0.69V。

稳压管稳压电压选取：

=

=1V

限流电阻选取：

=

=540Ω

当温度高于30℃时，同相比较输出电压VO1输出高电平，此时LED1报警，亮红灯；当温度高于23℃时，同相比较输出电压VO2输出高电平，此时LED2报警，亮蓝灯；

电压比较器电路设计如下图所示：

图13同相比较器

（1）

图14同相比较器

（2）

（2）将温度传感电路、电压放大电路和报警控制电路级联，完毕完整电路，并调试。

图15整体电路图

五、实验仪器与设备

直流电源，函数发生器，示波器，毫伏表，温度计

六、测试报告规定

（1）设计完整电路，并在电路图中标出各元件参数，需要计算要有计算过程。

（2）设定上限温度30℃，下限温度23℃，依照所给定温度计算出比较较电路比较电压Vp，调节相应电路参数，并测试，将测试成果填入表1中。

测试温度/实测温度/℃

Vp/mV

传感器输出电压/mV

放大器输出电压/mV

二极管批示状况

17——20

690

170—200

510—600

蓝灯亮

25——27

690/900

250—270

750—810

不亮

55——80

900

550—800

1650—2400

红灯亮

某些测试效果如图所示：

（1）蓝灯亮

（2）两灯均不亮

（3）红灯亮

七、实验思考与讨论

（1）什么是传感器？

对于温度传感器来说，有什么详细参数指标？

传感器是一种检测装置，能感受到被测量信息，并能将检测感受到信息，按一定规律变换成为电信号或其她所需形式信息输出，以满足信息传播、解决、存储、显示、记录和控制等规定。

它是实现自动检测和自动控制首要环节。

对温度传感器来说，详细参数指标有：

线性比例因数、额定全工作范畴、电压供电范畴、漏电电流、低自发热量、非线性特性等。

（2）在设计放大器时，规定放大器输入电阻要恰当大，为什么？

放大器输入电阻要恰当大是为了让电源电压尽量所有加在放大器两端。

（3）在所涉及电压比较电路中，若规定监测温度范畴均为正，应当如何调节电路参数，均为负呢？

可以通过电阻R5、R9调节电压放大倍数；通过滑动变阻器变化参照电压（门限电压）。

（4）实际应用中，控制报警某些是通过继电器实现，这规定将两路输出信号合并为一路，并且可以反映输出状况，试设计电路。

可以再增长一种电压比较器，输入端分别接VO1、VO2，通过这两个值大小来控制输出电压。