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课程设计报告

学生姓名：

学号：

专业班级：

课程名称：

传感器与检测技术

学年学期：

2011—2012学年第一学期

指导教师：

2011年12月

课程设计成绩评定表

学生姓名

学号

成绩

专业班级

起止时间

设计题目

温度报警器设计

指

导

教

师

评

语

指导教师：

年月日

一、设计目的1

二、设计要求和设计指标1

三、设计内容1

（1）主要包含的内容：

1

（2）稳压源电路设计1

（3）测量电路的设计2

（4）放大电路设计2

（5）报警电路设计2

（6）整体电路3

四、本设计改进建议5

五、总结（感想和心得等）5

一、设计目的

该次课程设计是为了培养运用有关的课程的基础理论知识和技能解决实际问题的能力，从而提高本专业必要的基本技能、方法和创新能力，分调动学生的动手能力，让学生在学习理论知识的同时能够结合实际进行设计制作。

二、设计要求和设计指标

本次设计的题目为温度报警器的设计，顾名思义就是运用温度传感器的温度特性从而达到在一定温度时的报警作用。

其主要功能和指标如下：

1.利用温度传感器（热敏电阻）测量某环境的温度

2.报警器的报警温度可调，范围为（0—100℃）

3.采用蜂鸣器报警，声音大小由环境温度与报警温度的差值决定

三、设计内容

（1）主要包含的内容：

1.稳压源电路的设计

2.测量电路的设计

3.放大电路的设计

4.报警电路的设计

Uo1

图1

（2）稳压源电路设计

利用运放LM358构成电压跟随器，形成稳定的电压源供测量电路使用。

其中D1采用4.7V左右的稳压管，调节R8使电压跟随器U1a的输出Uo1稳定在2.5V，为后面的测量电路提供可靠地电源供应，

其电路原理图如图1：

（3）测量电路的设计

以热敏电阻作为温度传感器进行温度的测量，采用的热敏电阻为正温度系数，即随着温度的升高，阻值增大。

该热敏电阻在常温时阻值约为680欧（在电路图中以可变电阻R10代替），该部分电路原理图如图2，图中的V1可用图1中Uo1代替。

（4）放大电路设计

Uo2

图3

利用运放LM358构成差动放大电路，如图3，运放LM358对从5脚和6脚过来的电压进行相减放大。

（注：

图中的V1可用图1中Uo1代替。

R10等效为正温度系数热敏电阻）

（5）报警电路设计

报警电路相对简单，5v的稳压二极管使蜂鸣器工作在正常状态，避免当温度过高时将蜂鸣器烧坏。

该部分电路图如图4：

（6）整体电路

通过以上设计，得到该温度报警器的总体电路图（如图5）。

（注：

图5中R10为正温度系数热敏点电阻，R8和R9为电位器，Uo处接蜂鸣器）

传感器的工作电流一般选择1mA以下，这样可避免电流产生的热影响测量精度，并要求电源电压稳定。

D1为稳压管，并经R3和R8分压，调节R8使电压跟随器U1a输出2.5v的稳定电流。

由R4、R5、R9、R10组成测量电路，其输出接U1b差动放大器，经放大后输出，相应输出电压为0-+5V，其输出灵敏度为50mV/℃。

该电路中采用了运放LM358，其引脚图，及各部分功能如下：

在LM358中有两个单独的运放，在他的8个引脚中，如图6引脚1-3为一个运放，5-7为第二个运放，其中

1脚和7脚为输出端，2脚和6脚为反相输入端，3脚和5脚为同相输入端。

相应的逻辑功能图如图7:

实物图正面如图8：

四、本设计改进建议

1.该电路输出部分可以接个电压表，构成温度计，测量范围为0-100℃。

2.该电路可作为数字显示式温度计的前端测量部分。

五、总结（感想和心得等）

传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。

在生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面、总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。

电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。

电阻小的物质称为电导体，简称导体。

电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。

热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。

热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。

正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。

1正温度系数热敏电阻的工作原理 

　　此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。

纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。

它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。

当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。

因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。

　　⑵ 负温度系数热敏电阻的工作原理 

　　负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。

这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。

负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制

电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。

热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。

普通用途热敏电阻工作温度为-55℃～+315℃，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃，可达-273℃。

热敏电阻器的主要参数 

各种热敏电阻器的工作条件一定要在其出厂参数允许范围之内。

热敏电阻的主要参数有十余项：

标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。

其中标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值，实际上总有一定误差，应在±10%之内。

普通热敏电阻的工作温度范围较大，可根据需要从-55℃到+315℃选择，值得注意的是，不同型号热敏电阻的最高工作温度差异很大，如MF11片状负温度系数热敏电阻器为+125℃，而MF53-1仅为+70℃，学生实验时应注意（一般不要超过50℃）。

可以说热敏电阻是热电阻的一种

所以说，原理都是温度引起电阻变化。

但是现在热电阻一般都被工业化了，基本是指PT100,CU50等常用热电阻。

他两的区别是：

一般热电阻都是指金属热电阻（PT100）等，热敏电阻都是指半导体热电阻。

由于半导体热电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化，而且电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择。

所以称为热敏电阻

但是热敏电阻阻值随温度变化的曲线呈非线性，而且每个相同型号的线性度也不一样，并且测温范围比较小。

所以工业上一般用金属热电阻~也就是我们平常所说的热电阻。

而热敏电阻一般用在电路板里，比如像你所说的可以类似于一个保险丝。

由于其阻值随温度变化大，可以作为保护器使用。

当然这只是一方面，它的用途也很多，如热电偶的冷端温度补偿就是靠热敏电阻来补偿。

另外，由于其阻值与温度的关系非线性严重。

。

。

所以元件的一致性很差，并不能像热电阻一样有标准信号

热电阻式温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

大多数金属热电阻的阻值随其温度增高而增大，称具有正的温度系数；而半导体热敏电阻的阻值一般随温度升高而减小称具有负的温度系数。

由于导体和半导体的电阻阻值随温度变化，因此，测量它们的电阻值，便可测出相应的温度

铜热电阻的特点是它的电阻值与温度的关系足线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料

容易提纯，价格比较便宜：

但它的电阻率低，精度不高，高温时易氧化，化学稳定性差；

所以在温度不高、对传感器体积没有特殊限制时，可以使用铜热电阻。

用半导体热敏电阻作温度传感器日趋广泛，半导体热敏电阻分度号有两种：

NTC（负温度系

数）和PTC（正温度系数）’卜导体热敏电肌的形状有多种，半导体热敏电阻通常用铁、镍、钼、鈦、镁、铜等一些金属的氧化物制成在现场使用时控制器与热敏电阻的距离可达800m，因此特别适用于空调自控系统中对温度的遥测和遥控。

（注：

素材和资料部分来自网络，供参考。

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）