温度控制电路的设计.doc

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设计性试验温度控制电路的设计

序言：

温度是一个基本的物理量，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。

在半导体技术的支持下，相继开发了半导体电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。

与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

温度传感器是检测温度的器件，其种类最多、应用最广、发展最快。

温度传感器广泛应用于微波炉、空调、冰箱、饮水机、恒温箱、电脑内的CPU、硬盘的过热保护等场合的温度测量与控制等，便携式非接触红外温度测量仪等许多方面。

本实验利用温度传感器，设计制作一个温度控制电路，将温度控制在一定范围内（即恒温箱、冰箱等地基本传感器控制电路），是大家对温度传感器机器控制有一个简单的认识。

实验与仿真：

一、实验目的

1.了解传感器的基本知识，掌握温度传感器的基本用法。

2.了解有关控制的基本知识。

3.掌握根据温度传感器来设计控制电路的基本思想。

二、设计指标与要求

4.电源：

或单双电源供电均可。

5.要求温度设定范围为-20℃～+130℃,温度非线性误差不得超过℃。

6.控制部分：

监控温度高于设定的上限温度或低于下限温度时，分别点亮不同颜色的二极管。

三、实验原理与电路设计

本实验要求根据监控温度来做出相应的报警响应，该温度传感控制系统如图

报警控制

信号处理

温度传感器

环境温度

温度传感器将温度信号转化为电信号，经过信号处理电路对其进行处理，最后通过报警控制电路来控制发光二极管的指示。

（一）温度传感器

1、热敏电阻。

正温度系数热敏电阻器也称PTC型热敏电阻器，属于直热式热敏电阻器，其主要特性是电阻值与温度变化成正比例关系，即当温度升高时，电阻随之增大。

2、集成芯片LM35:

LM35是美国国家半导体公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度成线性关系。

因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供常用的室温精度。

特点与基本参数：

线性比例因数：

的精确性保证

额定全工作范围：

电源供电范围：

漏电电流：

小于

低自发热量，在静止空气中：

非线性特性：

封装形式及管脚说明、典型应用：

LM35采用TO-220塑料封装形式。

若

则

（全工作范围摄氏温度传感器）

3、温度传感元件的选择

根据设计指标与要求中队电源的要求，热敏电阻、LM35和AD590都可以选用，但根据对传感器工作条件和精度要求综合考虑，选择LM35作为温度传感元件。

（二）信号处理

由LM35的技术资料可知，LM35把温度信号转变成了电压信号，输出范围在内，并且输出电压和温度呈良好的线性关系。

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

所以选择放大器作为信号处理部分。

下面给出运放实现的基本电压放大其实例：

（同相比例放大器）

（放大器输出电压不得超过）

在此，要求放大器的输入电阻要尽量大。

所以，选择，，

（三）报警控制

虽然对传感器的输出信号进行了放大，但如果直接点亮二极管就无法起到对设定的上线温度或设定的下线温度进行判断的作用，从而分别点亮不同颜色的二极管。

在此，可以选择电压比较器来对输出电压和某特定电压进行比较，这个比较电压可以根据LM35的输出电压和温度线性特性，以及放大后的信号和LM35的输出信号的关系得出，进而起到设定的上限温度或设定下限温度的作用。

1.电压比较电路：

稳压二极管和电阻选择

2.报警控制中的简单电压比较器，设定上限温度和下限温度所对应的电压：

滑动变阻器接入百分比

3.改进后电路：

a）当, 导通，截止

b）当，截止，导通

c）当，、都截止（符合报警控制）

（四）完整电路

根据以上分析，可以画出该温度控制系统的框图，如图：

报警控制电路

电压放大电路

温度传感器

环境温度

由此，可以得出完整电路：

LM35用可变电压源来代替

（完整电路）

四、设计步骤

1、根据设计指标和温度传感器的有关资料，选择LM35作为温度传感器，设计出具体电路。

（如“第三部分”的完整电路相同）

2、选择合适的电压放大电路是放大器的输出电压不得超过。

3、根据报警控制中所给出的简单电压比较器，设计完善的电路，使次比较电路能够判断所设定的上限温度和下限温度所对应的电压。

（电压比较器）

4、将温度传感器电路、电压放大电路和报警控制电路级联，完成完整的电路，并调试。

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、实验数据展示与处理

设定上限温度，下限温度。

测试数据记录

测试温度/

实测温度/

传感器输出电压/

放大器输出电压/

二极管指示情况

2.939/2.312

170~200

1705~2005

黄灯亮（LED2）

2.939/2.312

250~270

2505~2705

两灯不亮

2.939/2.312

550~800

5505~8005

红灯亮（LED1）

七、实验思考与讨论

（1）、对温度检测电路的输出电压值有何要求？

答：

不能大于比较级能够承受的最大输入电压，且要保证一定的精度。

（2）、采用其他测温器件（电压型传感器或热敏电阻）时，电路设计应注意些什么？

答：

本实验采用的是电压型传感器，若是要采用热敏电阻的话，应该是通过检测其两端的电压来计算当前测得的温度，那么要注意保持流过热敏电阻的电流恒定不变即可。

（3）、实际应用中，控制报警部分是通过继电器实现的，这就要求将两路输出信号合并为一路，并且能够反映输出情况，并设计出了下面的电路。

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