传感器课设

1课程设计任务书分院（系）信息学院专业测控技术与仪器学生姓名学号设计题目基于热敏电阻的温度测量——利用集成温度传感器AD590设温度检测报警电路内容及要求：1）根据AD590工作原理，设计一种温度测量装置。2）被测温度在室温25℃——100℃；3）要求测量误差1%。4）测量电路应包括温度测量电路，电压放大电路和报警电路。要求在课程设计报告中给出：1）装置的结构和电路原理图。2）调试过程，说明发现的向题及处理过程。3）分析存在的问题。4）收获与改进方案。进度安排：2012年12月10日下达任务2012年12月10日—2012年12月16日根据设计要求和内容查阅参考文献或资料，提出设计方案，进行原理设计。2013年1月7日—2013年1月13日根据设计方案，进行调试，测试，撰写课程设计报告，答辩。指导教师（签字）：年月日分院院长（签字）：年月日2成绩评定表学生姓名班级学号专业测控技术与仪器课程设计题目基于热敏电阻的温度测量——利用集成温度传感器AD590设温度检测报警电路评语组长签字：成绩日期20年月日3目录一.引言..............................................................................................4二.系统总体设计方案....................................................................42.1设计内容与要求..................................................................42.2电路组成..............................................................................5三.系统设计..................................................................................103.1系统硬件设计....................................................................103.2系统软件设计.....................................................................10四.元器清单..................................................................................11五.系统调试与测试结果..............................................................11六．测量结果分析..........................................................................12七.总结............................................................................................12参考文献..........................................................................................124基于热敏电阻的温度测量——利用集成温度传感器AD590设温度检测报警电路一引言物质的电阻率随温度而变化的现象称为热电阻效应。某些金属如铜，铂以及半导体材料的电阻都具有随温度而改变的现象。在一定的温度范围内，可以根据其电阻值随温度而变化的特性，制作温度计，这种热传感测量的方法已在工业，农业，医学，自动化控制，通信，家电等领域中得到广泛的应用。在大学传感器实践教学中，为了培养学生的实践与创造能力，实验室可配备一些相关设备和元器件，开设一些与工农业生产实际紧密结合的实验项目如热敏电阻温度特性的设计性实验，进而拓展设计制作。二.系统总体设计方案2.1设计内容与要求内容：（1）根据AD590工作原理，设计一种温度测量装置。（2）被测温度在室温25℃——100℃；（3）要求测量误差1%。（4）测量电路应包括温度测量电路，电压放大电路和报警电路。要求：（1）完成实验数据和曲线，完成实验报告。5（2）写出温度传感器的制作方法（包括设计过程以及所设计电路的电路图）和实验心得。2.2电路组成参考电路如图所示：电路由三部分构成：1.温度测量电路2.电压放大电路3.报警电路。（一）温度测量电路。电路部分由AD590以及电阻R1,R2组成。其中最核心的原件是集成温度传感器AD590。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度度数，即：mA/K式中：—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。63、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。（2）AD590的应用电路如下图所示（a）是AD590的封装形式，图（b）是AD590用于测量温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1K欧时，输出电压V0随温度的变化为1mv/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使V0=273.2mv。或在室温条件下（25℃）条件下调整电位器，使V0=273.2+25=298.2（mv）.这样的调整会在0℃或25℃附近有比较高的精度。其输出电压V0随温度的变化在室温到100℃内，其线性仍非常好。在实验中，因为我们对温度精度要求并不高，故可以近视认为其在所测温度范围内都为线性。7(a)图2封装形式（b）图3应用电路（二）电压放大电路由上可知，外界环境温度变化1K时，AD590输出变化1mv，由于电压变化较小，只有1mv/K，故为使得温度变化效应容易测得，我们需要对反应变化的电压输出信号加以放大。我们采用运算放大器对信号加以放大。电压放大电路由运算放大器和电阻Ri以及Rf组成。其核心是运算放大器。运算放大器及其应用简介：集成运放是高增益的放大器。若在它的输入输出之间加上反馈网络，则可以实现不同的电路功能。例如，施加线性负反馈，可以实现放大功能，以及加减，微分，积分等模拟运算功能；施加非线性反馈，可以实现对数，乘除等模拟运算功能以及非线性变换功能：施加线性或非线性反馈，或将正，负两种反馈结合，可以实现生产各种模拟信号的功能。反相放大电路是运算放大器电路三种基本组态之一，其特点为输入与输出反相且成比例。8适选择Ri和Rf两个电阻值以调节放大倍数。输出电压V0与加在Ri段的输入电压Vi之间满足：V0=-Rf/Ri*Vi。本次实验所用的放大器型号为：OP27.图4运放的反相放大器运放OP27介绍：图5其中2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，4脚接-Vs接负15V电压，7脚接+Vs接正15V电压，6脚为输出端简单的反相放大器电路如下图所示：图69（三）报警电路：报警电路由继电器和蜂鸣器组成。所谓蜂鸣器，就是当其在两端加上合适的电压时，会发出“滴”响声的小元器件。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流取控制较大电流的一种自动开关。故在电路中起着自动调节，安全保护，转换电路等作用。通常有电磁继电器，热敏干璜继电器，固态继电器等多种型号。我们这里提供的是电磁继电器其工作原理和特性如下：电磁式继电器一般由铁芯，线圈，衔铁，触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力的吸引下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在这样吸合释放，从而达到了在电路中的导通，切断的目的。对于继电器的常开，常闭触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”;处于接通状态的静点称为“常闭触点”。本次实验所用的继电器为DC5V，外部封装为五个引脚，一段是三个，另一端口是2个。有用以加电压的线圈。当线圈两端没有电压时，2，4引脚是联通的，而2，5引脚是断开的，故蜂鸣器回路不通，蜂鸣器不响，但是当继电器的输入端的电压大于一定的值时，此时蜂鸣器会发出报警声。10三.系统设计3.1系统硬件设计按此电路接好连线，适当调整电路中电阻值得工作电阻，使得电压放大适当的倍数，然后接通电源。适当改变传感器的温度，观察变化。求的电路的工作参数，和结果。并做记录。3.2系统软件设计用protelse99对电路图进行仿真，效果图如下：11图7protelse99电路仿真图四.元器清单表1元件名称型号数量集成温度传感器AD590一只继电器DC5V一只蜂鸣器2.5V一只电阻100欧，900欧各一只滑动变阻器100欧，10K各一只运算放大器OP27一只五.系统调试与测试结果调整电路中R4和R3的比值使运算放大器的放大倍数约为13.4倍。经调试运算放大器输出为5V时，使蜂鸣器的两端电压达到报警电压。12蜂鸣器响。六．测量结果分析表2温度℃25303540455055电压V3.994.064.134.194.264.334.40温度℃60657075808590电压V4.464.534.604.664.734.804.87在室温到100℃的温度变化范围内，运算放大器输出电压V随温度变化基本呈线性变化。七.总结由于AD590精度高，价格低，不需要辅助电源，线性好，而且电路非常简单，所以AD590广泛应用于不同的温度控制场合：测量热力学温度，摄氏温度，两点温差，多点温度，多点平均温度的具体电路。参考文献【1】杨兴瑶.实用电子电路500例[M].化学工业出版社，1996【2】阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，1997【3】庞振泰、王采斐、屈宗明（译）.光电接口器件手册.清华大学出版社，1998【4】何希才.常用集成电路简明速查手册.国防工业出版社，2000【5】陈杰黄鸿编著.传感器与检测技术.高等教育出版社，201013