热敏电阻控制温度上下限报警装置

传感器课程设计报告书

课题名称 热敏电阻控制温度上下限报警装置 姓 名

陈亚萍

学 号 20097274 院、系、部 电气工程系 专 业 自动化 指导教师

高艳玲

2013年 1 月 3 日

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2009级传感器

课程设计

热敏电阻控制温度上下限报警装置

20097274 陈亚萍

一、设计目的

1、掌握热电式传感器工作原理并了解热敏电阻与温度变化的关系；

2、熟练应用直流电桥，比较器等基本电路；

3、自拟电路，充分体会热电式传感器的实际应用；

4、学习使用PROTEUS系统进行电路仿真，PROTEL软件绘制原理图

二、设计要求

1．实现基本功能，画出设计电路图；

2．制板；

3．提示：

（1）：将热敏电阻接到桥式电路中，常温下输出电压为0，LED不发光；

（2）：当把热敏电阻加到一定的热水或冷水中，（即温度升高或降低）桥式电路不平衡，导致后续的晶体管出现导通，对应的LED亮；

（3）：在接三极管前先需要对桥式电路的输出电压信号放大，放大倍数约100倍；

4．完成3000字设计报告

三、硬件电路设计

3.1电路设计结构框图

图3-1电路设计结构框图

3.2传感器的选择

热敏电阻的基本特性是电阻—温度特性。我们使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，特别适用于-100~300℃之间测温，在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，即随着温度的升高阻值不断减小。由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值岁温度的升高将按指数规律迅速减小。这和金属中自由电子的导电机制恰好相

反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。热敏电阻有正温度系数，临界温度系数与负温度系数之分，本实验所用的101为负温度系数（NTC ）,在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为t

e

RT β

α=式中， RT 为温度为T 时的电阻值，α与β为与半导体性能T 有关的常数，为热敏电阻的热力学温度。经实际测量， 25摄氏度时热敏电阻阻值达到100欧姆

3.3信号处理电路

我们采用了LM324四运放集成电路。它采用14脚双列直插塑料封装，其内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用以外，四组运放相互独立。每一组运放都可以用图一所示的符号来表示，它共有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号出入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，V-（-）为反相入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。

图3-2 LM324 图3-2 LM324引脚

当去掉运放的反馈电阻，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大，此时运放变成、形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。

我们选择第一组与第二组进高低温比较：当环境温度高于25℃时，5管脚电位高6管脚电位，7管脚输出高电平，C9013导通，红灯亮且蜂鸣响，否则红灯不亮蜂鸣不响；当环温度低于25C ︒时，3管脚电位高于2管脚电位，1管脚输出为高电平，C9013导通，绿灯亮，否则输出绿灯不亮。

3.4声光报警

我们采用了蜂鸣器与红色发光二极管并联的方式接入电路中，当红色二极管亮时蜂鸣响，实现高温报警。

四、制作使用

4.1仿真

电路基本设计出来后，在计算机上用PROTEUS 系统仿真软件实现仿真。对元器件的取值应严格按照设计的电路及实际情况来确定，以减少在硬件操作时的麻烦。以下为仿真后的截图效果：

4.2电路板设计

我们先在面包板上连接好电路，控制传感器温度，使温度上下限确定位在常温。

焊接前对万用电路板进行了电路设计，以整洁美观为原则。对布线，元件的放置都有明确位置。

4.3制作与焊接

严格按照上图所示连接电路图，LM324的4脚接+6V ，11脚接地。 1、焊接时应注意以下几个方面：

（1）发光二极管的极性不能搞混，脚长的一端为正极，另一端为负极。或使用万用表测量。

（2）LM324不能直接焊接在电路板上，那样的话既不容易调试，还容易烧坏片子，应焊接8脚的集成电路管座，在焊接完成后将LM324插于管座上。 （3）扬声器的极性已标出，注意不能反接。

（4）焊接完成后的电路基本不用调试，用给NTC 传感器加热，其电阻发生变化，使管脚2、3与管脚5、6的电压发生变化，从而使LM324的第一组或第二组导

通或截止，进而实现红灯或绿灯亮，实现温度超限报警 2、制作

在焊接的过程中，为保证焊接点牢固,接粗良好与美观，不存在虚焊，假焊，在焊接前要用刀，断锯条或砂纸刮去或打光引脚线上的油污，氧化膜或漆，直至露出光亮干净的表面。之后涂上松香溶液，其上搪一层锡。焊接时应掌握好温度及时间，焊接时间一般在3———5秒。若焊接时间过短，焊锡未与焊件充分侵熔易产生虚焊，假焊；时间过长，则将烫坏印制板的铜箔或元件。电烙铁温度低，焊点表面粗糙，无光泽，呈豆腐渣状。焊接时，烙铁头应同时紧贴引脚或接线头及印制板上的焊盘铜箔，当焊点温度升至焊锡熔点时，焊锡熔化即自动流到引线与铜箔间，形成锥状光滑焊点，之后迅速移开烙铁。焊锡未完全凝固前，不能移动或摇动被焊元器件。焊锡可事前熔在烙铁头上，亦可在烙铁贴在焊点加热时将其送入。

各元件焊接完毕，焊接结束后必须检查有无漏焊，虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。

五、分析误差、灵敏度

5.1NTC 热敏电阻的热电温度特性分析 温度特性方程

热敏电阻的温度特性可用下面经验公式表示：

)

exp(

0T B T

B R R -=ττ (1)

其中，τR —温度为T 时的热敏电阻阻值；

0τR —温度为0T 时的热敏电阻阻值，一般常取0

T 为20C ︒；