数显温度测量仪电路设计

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课程设计说明书

2011/2012 学年第 1 学期

学院：电子与计算机科学技术学院

专业：电子科学与技术

学生姓名：JJJJK 学号：VHGGHJHH 课程设计题目：数显温度测量仪电路设计

起迄日期:2011年12月19 日~ 2012年1 月5日课程设计地点:电子科学与技术系机房

指导教师:KLJKLJ

系主任：JKL

下达任务书日期: 2011年 12月 19日

目录：

1. 课程设计目的 (3)

2. 课程设计内容和要求 (3)

3. 设计方案 (3)

4. 设计流程图 (5)

5. 工作原理 (6)

5.1 测温部分 (6)

5.2 温度检测电路模块 (7)

5.3电压放大电路模块 (8)

5.4 温度数字显示 (9)

6. 课程设计总结 (15)

7. 参考文献 (16)

8. 附录 (17)

一.课程设计目的

（1）、了解数显温度测量仪电路的基本实现原理；

（2）、掌握计数器、显示等中规模数字集成器件的逻辑功能和使用方法；

（3）、掌握利用protel绘制电路原理图与制作PCB图的方法。

（4）、Protues仿真。

二．课程设计内容和要求

（1）查阅所用器件技术资料，详细说明设计的数显温度测量仪电路工作流程；

（2）温度测量范围：20℃～100℃，测量精度为0.1℃，数字显示位数四位。

（3）选择适当的传感器，设计恰当的放大电路，且具有调零电路。

（4）为减少或消除干扰，电路应具有低通功能。

三．设计方案

本次课程设计任务为数显温度测量仪:测温范围20℃—100℃，用CC7107（ICL7107可用

位数字电压表显示。测温传感器铂-100热电阻（Pt-100）。热电阻变换TC7107代替）组装31

2

电路用全桥测量电路。通过网上查找资料以及自身理解我选择用ICL7107芯片，经过铂金属的传热和中间电路将热信号转换为电压信号再经放大后输入到ICL7107芯片，最后经数字显示电路将温度信号显示。

采用铂金属温度传感器来检测温度的变化，铂金属温度传感器的电阻值会随着外界温度的变化而变化，并且近似为线性关系。利用这种线性关系，可以组成温度测量电路。从这个电路中将会得到跟随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。

温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小，不能直接用于后续电路模块的输入信号。因此，要在温度测量电路模块后面加上电压放大电路。将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大，使得其输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求。

放大电路模块输出的电压信号分为两路：一路直接用于数字显示电路模块的输入信号，从而得到直观的温度数据。另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。

温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路：一路直接送到数字显示电路模块的输入端，这样即可显示出当前要设置的温度值。另一路送入继电器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端，与放大电路模块输出的电压信号进行比较,从而由这两路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。

电压比较器的输出电压信号由其两路输入电压信号所决定。当两路输入信号的输入电压不相等时，则继电器驱动电路模块工作，从而控制外界温度的变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中；当两路输入信号的输入电压相等时，则继电器驱动电路模块不工作，从而控制外界温度向相反方向变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中。

数字显示电路模块的输出显示内容，由其输入的电压信号所决定，并且其输出显示的段码数字与输入的电压信号呈一定的线性关系。这样就可由其输入的电压信号的伏值大小来控制其显示的内容，从而得到当前温度下的数字输出显示，从而可以直观的得到当前的温度值。

四．设计流程图

4.1数字显示温度测量仪电路设计流程图

图1 数字显示温度测量仪电路设计流程图

4.2流程图简单说明

位数字A/D转换器和数字显示器组成。

该数显温度计主要由pt-100温度传感器，电压放大器，31

2

先由铂金属传递温度信号，因为温度信号较小，因此要在电路中加入电压放大电路将信号放大，以满足测量的要求。信号经过放大之后分为两路：一路直接输入数字显示电路模块的显示信号，另一路经继电器驱

(1)

在-200为在Ω

850

图3 铂电阻阻值随温度变化曲线

5.2温度检测电路模块

电阻电桥的两个输出端电压的差值（此即为Pt 电阻在温度变化时导致的电阻变化所引起的电压值的改变量）可由以下公式求得。

4**04040()()

R R U

e R R R R R =

∆++∆+

其中，U 为10V ，R0为100Ω，R ∆为Pt 电阻在不同温度下的电阻值与在0℃时标称电阻的差值，并且当铂电阻传感器所处温度为零下时，差值为负值；当铂电阻传感器所处温度为零上时，差值为正值。下图为铂热电阻的分度表。

表1铂热电阻分度表

由此表可知，当温度为0℃时，铂电阻传感器的电阻值为100Ω；当温度为20℃时，铂电阻传感器的

∆=7.79Ω；当温度为100℃时，铂电阻传感器的电阻值为电阻值为107.79Ω，与标称电阻值的差值为R

∆=38.51Ω。

138.51Ω，与标称电阻值的差值为R

5.3电压放大电路模块

图4 电压放大的仪用放大电路图

由于信号较于微弱,常采用仪用放大电路，它是差模输入，有较高的共模抑制比，高电压增益，低输入阻抗，低噪声。

仪用放大器的原理是采用3个性能一致的运放和精密电阻共同构成闭环放大器，输入级的两个运放采用同相输入，输入阻抗高，输出级的一个运放与精密电阻构成减法器。所以仪用放大器是靠匹配和牺牲放大倍数来获得高共模抑制比的。左边两个由高输入阻抗的同相放大器，右边的是一个差动放大器，采用电路理论中的叠加原理以及虚短虚断概念OP07系列输入失调电压温度系数较小，偏置电流较低，增益带宽积较小，高开环增益这种性能使其能够适用于高增益的测量设备以及放大传感器的微弱信号,由于性能匹配困难，仪用放大器一般都是集成的.

因为(Uo1-Ui1)/R6=(Ui1-Ui2)/R7，所以Uo1=(1+R6/R7)*Ui1-R6*Ui2/R7;

因为(Uo2-Ui2)/R8=(Ui2-Ui1)/R7, 所以Uo2=(1+R8/R7)*Ui2-R8*Ui1/R7;

因为R6=R8，所以Uo1-Uo2=(1+2R6/R7)*(Ui1-Ui2);