温度检测及控制电路

课程设计课程名称测控电路课程设计_____ 题目名称温度检测及控制电路_ 学生学院信息工程学院_______ 专业班级学号学生姓名指导教师2014年1 月1日广东工业大学课程设计任务书题目名称温度检测及控制电路学院信息工程学院专业班级测控技术与仪器专业光机电一体化方向11（1-2）姓名关汉记学号3111002392一、课程设计的内容1、设计内容（1）详细分析集成运算放大器构成的差动放大器工作原理及调零过程；（2）把测量得到的数据输入Matlab，用Matlab画出测温放大电路温度－电压关系曲线及比较器电压传输特性曲线；（3）详细分析电路中滞回比较器的电压传输特性对温控电路的作用和影响；（4）计算差动放大电路的电压放大倍数，计算所实现电路的滞回门限宽度；（5）详细分析测温电桥的工作原理；（6）分析如何设定温度控制点。

2、电路仿真根据温度检测及控制电路工作原理，选用相应软件实现电路的仿真，并画出电路各点的信号波形，观察电桥输出、差动放大器输出及比较器输出信号随温度的变化趋势。

3、使用Protel绘制电路原理图，布局PCB板，使用热转印或者曝光方法制作电路板，根据系统原理图及所选择的元件及参数，购买相应元器件，完成电路焊接、调试。

二、课程设计的要求与数据1、完成温度检测及控制电路的设计与制作；2、讨论与分析，制作与调试，演示与答辩，提交设计报告。

三、课程设计应完成的工作1、电路原理图设计；2、电路工作原理分析；3、电路参数计算与分析；4、电路原理仿真；5、电路制作、调试；6、撰写设计报告；7、实物演示与答辩。

四、课程设计进程安排序号课程设计各阶段内容地点起止日期1 布置设计安排；讲授设计内容；说明设计要求待定13．12．23上午2 方案设计、分析与比较实验楼1-41213．12．23下午3 确定方案和电路参数，理论计算、分析与仿真实验楼1-41213．12．244 绘制电路原理图；电路制作、调试；实验楼1-41213．12．255 撰写设计报告；实验楼1-41213．12．266 实物演示、答辩、成绩评定实验楼1-41213．12．27五、应收集的资料及主要参考文献1.张国雄等编。

测控电路，机械工业出版社，2001.8.2.赵负图主编，现代传感器集成电路，人民邮电出版社，2000.1.3.刘征宇主编，线性放大器应用手册，福建科学技术出版社，2005.1.4.蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005.7.5.自编，测控电路设计型实验任务书.发出任务书日期：2013年12月20日指导教师签名：计划完成日期： 2013年12月20日系主任签名：主管院长签名：摘要温度是一个与人们生活和生产密切相关的重要物理量。

温度测量与控制电路实在实际应用中相当广泛的测量电路，温度的测量和控制技术应用十分广泛。

在工农业生产和科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动的控制、调节该系统的温度。

本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的只是，从基本的单元电路出发，实现温度测量与控制电路的设计。

总体设计中的主要思想：一、达到设计要求；二、尽量应用所学知识；三、设计力求系统简单可靠，有实际价值。

关键词：测量、控制、温度目录广东工业大学课程设计任务书 (2)一、课程设计的内容 (2)二、课程设计的要求与数据 (2)三、课程设计应完成的工作 (3)四、课程设计进程安排 (3)五、应收集的资料及主要参考文献 (3)摘要 (4)目录 (5)引言 (6)设计目的与意义和任务分析 (6)1.设计目的与意义 (6)2.任务分析 (6)设计概述 (7)1.电路原理 (7)（1）测温电桥 (7)（2）差动放大电路 (7)（3）滞回比较器 (8)2.调试分析 (9)1)差动放大器 (10)2)桥式测温放大电路 (10)3）滞回比较器 (11)4)温度检测控制电路整机工作状况 (12)实际电路图 (13)分析与计算 (14)数差动放大电路的放大倍A (15)温度系数K (15)门限电压 (15)心得体会 (16)参考文献 (19)引言在现代化的工业生产以及生活应用中，电流、电压、温度等都是常用的主要应用参数。

随着时代的发展以及科学技术的进步，智能化自动控制无疑是人们追求的目标，它给人们带来的方便也是无可计量的，其中温度检测及控制电路就是一个典型的例子，它在生产调控、信息、电子、物流、日常应用等许多领域都有广泛的应用。

随着人们对自动化要求的提高，期望为现代人工作生活环境提供更好、更方便的设施，因此对它的研究也越来越多。

近年来,温度检测及控制电路的应用已经普及到了人们生活中的各个方面，为我们的生活带来了很多的便利之处。

因此，对于温度的检测以及电路控制的研究是非常有必要的。

设计目的与意义和任务分析1.设计目的与意义《测控电路》课程设计是测控电路课程体系的一个重要环节，是按照《控电路设计与实践》教学大纲要求所进行的重要实践教学内容，是引导学生把基础理论与实际应用相结合的一个必不可少的中间环节。

通过本设计，要求学生利用所学的基础理论，从设计步骤、设计表达、实际电路调试等方面，全面掌握相关温度检测及控制的设计与调试技术，培养学生综合运用所学知识进行工程设计的能力，包括动手能力，独立思考能力，以及分析和解决工程实际问题等能力。

2.任务分析本次课程设计的任务，主要是通过设计电路图，完成一个温度检测及控制电路的设计与制作。

设计概述1.电路原理电路如图1所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）Rt 为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。

改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。

图1 温度监测及控制实验电路（1）测温电桥由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器，其呈现出的阻值与温度成线性变化关系且具有负温度系数（温度越高，阻值越小），而温度系数又与流过它的工作电流有关。

为了稳定Rt的工作电流，达到稳定其温度系数的目的，设置了稳压管DZ 。

RW1可决定测温电桥的平衡。

（2）差动放大电路由A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压△U按比例放大。

其输出电压B 6564W274A 4W2701))(()(U R R R R R R R U R R R U +++++-=当R 4＝R 5，（R 7+R W2）=R 6时)A B 4W2701(U U R R R U -+=R W3用于差动放大器调零。

可见差动放大电路的输出电压U 01仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。

（3）滞回比较器差动放大器的输出电压U 01输入由A 2组成的滞回比较器。

滞回比较器的单元电路如图2所示，设比较器输出高电平为U 0H ，输出低电平为U OL ，参考电压UR 加在反相输入端。

图2 同相滞回比较器当输出为高电平U 0H 时，运放同相输入端电位：0H F22i F 2F H U R R R u R R R u +++=+当u i 减小到使u +H ＝U R ，即：OH F2R F F 2TL i U R RU R R R u u -+== 此后，u i 稍有减小，输出就从高电平跳变为低电平。

当输出为低电平U 0L 时，运放同相输入端电位OL F22i F 2F L U R R R u R R R u +++=+当u i 增大到使u +L =U R ，即：OL F2R FF2TH i U R R U R R R U u -+== 此后，u i 稍有增加，输出又从低电平跳变为高电平。

因此U TL 和U TH 为输出电平跳变时对应的输入电平，常称U TL 为下门限电平，U TH 为上门限电平，而两者的差值：)(＝－＝ΔOL OH F2TL TR T U U R R U U U - 称为门限宽度，它们的大小可通过调节R 2/R F 的比值来调节。

图3 电压传输特性图3为滞回比较器的电压传输特性。

由上述分析可见差动放大器输出电压u O1，与A 2组成的滞回比较器反相输入端的参考电压U R 相比较。

当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，A 2输出正饱和电压，三极管T 饱和导通。

通过发光二极管LED 的发光情况，可见负载的工作状态为加热。

反之，为同相输入信号小于反相输入端电压时，A 2输出负饱和电压，三极管T 截止，LED 熄灭，负载的工作状态为停止。

调节R W4可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。

2.调试分析按图1，连接实验电路，各级之间暂不连通，形成各级单元电路，以便各单元分别进行调试。

（务必掌握这种调试电路的方法）1)差动放大器差动放大电路如图4所示。

它可实现差动比例运算。

（1）运放调零。

将A 、B 两端对地短路，调节R W3使U O ＝0。

（2）去掉A 、B 端对地短路线，从A 、B 端分别加入不同的二个直流电平。

当电路中R 7+R W2=R 6，R 4＝R 5时，其输出电压)(A B 4W270U U R R R u -+=在测试时，要注意加入的输入电压不能太大，以免放大器输出进入饱和区。

图4 差动放大电路（3）将B 点对地短路，把频率为100Hz 、有效值为10mV 的正弦波加入A 点。

用示波器观察输出波形。

在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表测出u i 和u 0 的电压。

算得此差动放大电路的电压放大倍数A 。

2)桥式测温放大电路将差动放大电路的A 、B 端与测温电桥的A '、B '端相连，构成一个桥式测温放大电路。

（1）在室温下使电桥平衡在实验室室温条件下，调节R W1，使差动放大器输出U 01＝0（注意：已调的R W3不能改变）。

（2）温度系数K （V/C ）为使实验简易可行，可用温度计测量室温T ，同时测量输出电压u 01，温度系数K 也定为一个常数，具体参数填入表1。

表1温度T （℃） 22 25 30 35 40 输出电压 U 01（V ）1.823.013.704.12从表1中可得到K ＝△U /△T 。

（3）桥式测温放大器的温度－电压关系曲线图5 温度－电压关系曲线根据前面测温放大器的温度系数K ，可画出测温放大器的温度－电压关系曲线，实验时要标注相关的温度和电压的值，如图5所示。

从图中可求得在其它温度时，放大器实际应输出的电压值，也可得到在当前室温时，U 01实际对应值U S 。

（4）重调R W1，使测温放大器在当前室温下输出U S 。

即调RW1，使U 01＝U S 。

3）滞回比较器滞回比较器电路如图6所示。

（1）直流法测试比较器的上下门限电平首先确定参考电平U R 值，调R W4，使U R ＝2V 。