温度控制课程设计报告

《电子技术》课程设计报告

题目温度测量与控制电路

学院（部）

专业

班级

学生姓名

学号

月日至月日共周

指导教师（签字）

前言

本次课程设计题目是《温度测量与控制电路》。通过分析采用4个模块实现该功能。由测量电路、显示电路、温控电路和报警电路4个部分组成。通过参考大量的资料与书籍最终决定，测温电路选用在要求范围内线性较好的PT100热敏电阻温度传感器利用桥氏电路实现温度变化与电压变化的转换，并通过一个两级放大器，一个二阶有源滤波器实现对小信号的放大与干扰信号的滤除。显示电路通过多端控制开关，经过A/D模数转换，将电压信号转换成数字信号，再通过ROM转换成二进制码，最终经过74LS47译码在七段LED显示器上显示。温控电路主要由555控制上下限电压。报警电路由555构成的多谐振荡器实现。温度测量部分主要由李春妮负责，显示部分主要由李阳负责，温度控制报警部分主要由樊磊负责。

目录

前言 (1)

题目摘要 (3)

第一章系统概述 (4)

第二章模块划分及各单元电路设计 (5)

2.1 温度测量电路 (5)

2.2 A/D转换电路及译码显示部分 (10)

2.3 温度控制部分 (14)

2.4 报警部分 (16)

第三章系统综述 (17)

第四章结束语 (17)

参考文献 (18)

原件明细表 (18)

系统总图 (21)

鸣谢 (21)

收获和体会 (21)

温度测量与控制电路

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。温度的测量和控制技术应用的很广泛。本设计采用的温度传感器是铂热敏电阻传感器PT100，我们将该传感器与普通电阻一起搭成桥式电路，当温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化进而影响两桥臂间的电势差，至此将温度信号成功转换为电压信号，再经由两级差动放大电路的放大与二阶低通滤波器的滤波作用后输出。模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号，再通过ROM转换成二进制码，通过LED显示，在A/D转换前加多端控制开关，可显示测量温度与控制温度。同时将温度信号分别与控制温度、报警温度比较，比较结果输入由555单稳态电路和多谐振荡器组成的声光报警装置电路中，当被测温度超过报警温度时，通过发光二极管和蜂鸣器实现声音报警功能。

关键字

测温放大显示控制报警ROM 555

设计要求

1. 测量温度范围为200C～1650C，精度 0.50C；

2. 被测量温度与控制温度均可数字显示；

3. 控制温度连续可调；

4. 温度超过设定值时，产生声光报警。

第一章系统概述

1.1、方案一（见图1）

本方案采用温度传感器将外界变化的温度信号变为电压信号，信号经放大电路和滤波电路处理后，一方面送入A/D转换电路，将模拟信号转换为数字信号，在LED显示管上显示；一方面与预置温度信号比较后，分别进入调温控制电路和报警控制电路，最后进入执行机构和报警电路。

图1 方案一

1.2、方案二（见图2）

本方案温度测量部分主要运用热敏电阻的阻值随不同的外界温度而改变这一特性来实现；显示电路部分则通过改变电位器来预置温度，将预置温度与测量温度通过比较电路后，由比较器的电平输出控制执行机构的加热或降温动作，并通过报警电路发出警报，由此实现温度的自动控制。

图2方案二

1.3、最终方案选择

以上两方案经比较后发现，方案二虽电路简单，易实现，但系统所得结果精度不高，且不能用数码显示，二相比之下，方案一则能得到较高精度的结果，且能用数码显示，因此我们选择方案一。

第二章 模块划分及各单元电路设计

2.1、测温电路部分

这部分的主要功能是，通过温度传感器将温度信号转换为电压信号，在经由放大器、滤波器的作用将微弱的，不纯净的电压信号处理得到变化明显、抗干扰的电压信号，从而方便后一部分电路的作用与显示。

本部分的框图如图1所示

2.1.1、温度/电压 转换电路

这部分的主要作用是将温度变化转换为电压信号。 本部分功能我们根据各种传感器的种类及本设计的精度要求（见表一）选择铂测温热敏电阻传感器来实现。铂电阻测温精度高、性能稳定、互换性好，应用十分广泛。

图3 测温部分总体流程图

分 类

特 征

传 感 器 名 称

测定精度 ±0.1～±0.5℃

铂测温电阻、石英晶体振动 器、玻璃制温度计、气体温 度计、光学高温计

温度 标准用 测定精度 ±0.5～±5℃

热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双金属温

度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅

绝对值 测定用 管理温度测定用

相对值±1～±5℃

测

定 精 度 表一 温度传感器的分类

铂电阻温度传感器利用纯铂丝电阻随温度的变换而变化的原理设计研制成的。可测量和控制–200℃～650℃范围内的温度，也可作对其他变量(如：流量、导电率、pH值等)测量电路中的温度补偿。有时用它来测量介质的温差和平均温度。它具有比其他元件良好的稳定性和互换性。目前，铂电阻上限温度达850℃。

在0～850℃范围内，铂电阻的电阻值与温度的关系为：

Rt=R0（1+At+Bt2）

式中 R0、R t——温度为0及t℃时的铂电阻的电阻值,R0=100Ω、R100=139Ω：

A、B——常数值，其中：

A=3.96847×10-3℃-1或3.94851×10-3℃-1

B=–5.847×10-7℃-2或–5.851×10-7℃-2

铂电阻的纯度以R100/R0表示，R100表示在标准大气压下水沸点时的铂的电阻值。国际温标规定，作为基准器的铂电阻，其R100/R0不得小于1.3925。我国工业用铂电阻分度号为BA1、BA2，其R100/R0=1.391。

铂电阻温度传感器的主要技术参数详见下表二

型号R0 测温范测量对象时间常数精度备注

CW-1-4-1 40±0.2 -50～150 表面温度0.05 0℃时±0.5℃保证100kg/c m3以

下的气密性（0℃

以上）CW-1-4-2 35±0.2 -50～400 表面温度0.05 0℃时±0.5℃

CW-1-4- 46±0.2 -50～150 表面温度0.05 0℃时±0.5℃

CW1-8 46±0.2 -30～200 表面温度<1 ±0.5℃

CW2-16-1 70±0.2 -50～+50 表面温度油中0.06 ±(0.3+6×10-3|t|)℃

CW2-16-2 46±0.2 -50～200 表面温度油中0.06 ±(0.3+6×10-3|t|)℃

CW2-16-3 46±0.05 -50~100 表面温度油中0.06 ±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

CW2-18 40±0.2 -40～300 表面温度油中0.06

水中0.3

±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

CW2-19 40±0.05 -50～150 空气温度0.06 ±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

CW2-20 46±0.2 -40～200 空气温度0 ±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

CW2-22-1 100±0.1 -200～0 空气温度0.3 ±0.5℃

CW2-22-2 500±1 -253～0 空气温度0.3 ±0.5℃

CW2-26 100±0.1 -40～400

-40～650 管道内介

质

0.5

0.1

±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

±(0.3+6×10-3|t|)℃

小型铂电阻100±0.1 -253～0 介质温度0.1 ±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

高温铂电阻1000±1

500±1

-40～650

-40～650

介质温度

介质温度

<0.3

<0.3

±(0.3+4.5×10-3|t|)℃

±(0.3+4.5×10-3|t|)℃表二铂电阻温度传感器的主要技术参数