传感器课程总结

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传感器技术及应用课程总结

院系：信息工程学院

专业：电子信息工程

项目名称：温度传感器

姓名：夜阑寄语

学号：

指导老师：

课程成绩：

目录

1摘要

2传感器的构成

3T型热电偶工作原理

4电路的设计

5制作实物

6设计总结

7 参考文献

1摘要

温度是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关，也是仪器科学和各类工程设计中必须精确测定的重要物理量。随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高，新的温度传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。由于检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求不同，执行器、开关等的控制方式不同，所以相应的硬件和软件也就不同。除此以外，在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率

2传感器的构成

测温元件的结构如下图所示。两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应,该电动势称为热电势。这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B 称为热电极。两个接点，一个称热端，又称测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中;另一个称冷端，又称参考端或自由端，它通过导线与显示仪表相连。温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成接触电势，从而通过转换信号得到待测温度值。

传感器结构图

3 T型热电偶工作原理

传感器把热信号转换为热电动势，发热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，由于据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，环境温度的不稳定原因，所以我们引入了电桥电路，热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。

系统框图

4电路的设计

A、电桥电路的设计

电桥是完成电位平衡的电路，由于各种需要要求设计电路完成平衡，如下图。

电桥电路

热电偶的热电势是以冷端在零度为标准测量的。然而，通常测量时仪表是处于室温之下的，由于冷端不为零度，造成热电势差减小，使测量不准，出现错误。

一般是采用接补偿导线的办法。现在生产的测量仪表，大多都带有自动补偿的电路，可以纠正补偿导线冷端不是零度而产生的误差。所以大多数仪表按规定接补偿导线即可。

毫伏计里没有相关的补偿电路，象这类仪表，不但要接补偿导线，还要用调整零点等方法补偿。

B、放大器电路的设计

LM324作反相交流放大器

此放大器可代替晶体管

进行交流放大,可用于扩

音机前置放大等。电路无

需调试。放大器采用单电

源供电。

LM324应用作测温电路

感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/℃，即温度每上升1度，发射结电压变会下降2.5mV。

运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。

LM324应用作比较器

当去掉运放的反馈电

阻时,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(实际上是很

大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便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-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。

C、ICL7107电路的设计

ICL7107是一款数模转换器，把以上级

处理的模拟信号转换为数字信号并去

驱动下级数码管显示。① ICL7107是3

1/2位双积分型A/D转换器，它的最大

显示值为士1999，最小分辨率为100uV，

转换精度为0.05士1 个字。

D、显示电路设计

5制作实物

6 设计总结

整个设计通过了自己不断在硬件电路上的调试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，比如，根据原理图搭建起来的实物电路并不能像理想情况一样运行，所以后期还不断的调试电路，以达到最终我需要的最佳的电路。在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。并且传感器这门学科涉及到的知识关于电子方面的知识相对来说并不像数、模电一样，它基本上就是之前所学过科目的一个综合。因此，在设计这次温度传感器的过程中，我感觉原来以前认为掌握还可以的知识点，现在竟然发现仅仅只是表面并且从理论到实物的差距并不是所说的那么一点。所以，以后我会更加注重理论与实践之间的联系，尽最大的努力把理论掌握好并且很好地应用到实践之中。

7 参考文献

[1] 童诗白主编.《模拟电子技术基础》(第三版).高教出版社.2001

[2] 于卫主编. 《模拟电子技术实验及综合实训教程》.华中科技大学

[3] 张国雄主编. 《测控电路》(第三版).机械工程出版社.2008

[4] 陈杰、黄鸿主编. 《传感器与检测技术》.高等教育出版社.2002

[5] 刘畅生,宣宗强,雷振亚传. 《感器简明手册及应用电路》.西安电子科技大学出

版社.2005

[6] 张福学. 《传感器实用电路150例》.中国科技出版社.2004

[7] 杉田稔,卢肇英,吴立龙.《传感器及其应用》.中国铁道出版社.1984

[8] 王化祥,张淑英. 《传感器原理及应用》. 天津大学出版社.1988