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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