熱敏電阻控制溫上下限

1、2009級傳感器課程設(shè)計(jì) 傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱熱敏電阻控制溫度上下限報(bào)警裝置姓 名許翔宇學(xué) 號 20096526院、系、部電氣工程系專 業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師高艷玲2013年 1 月 3 日熱敏電阻控制溫度上下限報(bào)警裝置20096526 許翔宇1、 設(shè)計(jì)目的1.掌握熱電式傳感器工作原理并了解熱敏電阻與溫度變化的關(guān)系；2.熟練應(yīng)用直流電橋，比較器等基本電路；3.學(xué)習(xí)和掌握傳感器在實(shí)際生活中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)技術(shù)，充分認(rèn)識理論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)性作用，進(jìn)一步加強(qiáng)理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實(shí)踐和鍛煉。二、設(shè)計(jì)要求利用NTC熱敏電阻制作一個簡單的可以控制溫度上下限的裝置1.實(shí)現(xiàn)基本功能，畫出設(shè)計(jì)

2、電路圖；2制版；3提示： （1）：將熱敏電阻接到橋式電路中，常溫下輸出電壓為0，LED不發(fā)光； （2）：當(dāng)把熱敏電阻加到一定的熱水或冷水中，（即溫度升高或降低）橋式電路不平衡，導(dǎo)致后續(xù)的晶體管出現(xiàn)導(dǎo)通，對應(yīng)的LED亮； （3）：在接三極管前先需要對橋式電路的輸出電壓信號放大，放大倍數(shù)約100倍；4 完成3000字設(shè)計(jì)報(bào)告三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖溫度上下限的確定：根據(jù)熱敏電阻對于不同溫度有不同的電阻值的特性來得到。通過實(shí)際側(cè)量，得到所要求溫度上下限對應(yīng)的電阻值（本次使用的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)即溫度越高阻值越低）。電路的實(shí)現(xiàn)：主要通過NTC傳感器的作用，將溫度引起的阻值變化轉(zhuǎn)化為電勢

3、的變化，再經(jīng)過集成運(yùn)算放大器來控制輸出，從而得到對溫度上下限的控制。最后經(jīng)過后續(xù)電路，完成亮燈和報(bào)警系統(tǒng)。電路整體的組成如圖所示： 3.2傳感器的選擇我們使用的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，特別適用于-100300之間測溫，在較小的溫度范圍內(nèi)，其電阻-溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，即隨著溫度的升高阻值不斷減小。熱敏電阻有正溫度系數(shù)，臨界溫度系數(shù)與負(fù)溫度系數(shù)之分，本實(shí)驗(yàn)所用的101為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）, RT為溫度為T時的電阻值，與為與半導(dǎo)體性能有關(guān)的常數(shù)，T為熱敏電阻的熱力學(xué)溫度。經(jīng)實(shí)際測量， 25攝氏度時熱敏電阻阻值達(dá)到100歐姆。 我們采用了LM358n運(yùn)放集成電路。它采用8腳雙列直插塑料

4、封裝，其內(nèi)部包含兩組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用以外，兩組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)放都可以用圖一所示的符號來表示，它共有3個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號出入端，8腳接電源端，4腳接地。LM358n的引腳排列如下圖。 當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻，或者說反饋電阻趨于無窮大時（即開環(huán)狀態(tài)），理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大，此時運(yùn)放變成、形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時，運(yùn)放輸出高電平。 我們選擇了第一組運(yùn)放進(jìn)行溫度的比較：當(dāng)環(huán)境溫度高于25時，3管腳電位高于2管腳電位，1管腳輸出高電平，C9012導(dǎo)通，紅燈亮且蜂鳴響

5、，否則紅燈不亮蜂鳴不響；當(dāng)環(huán)溫度低于25時，3管腳電位低于2管腳電位，1管腳輸出為低電平，C9013導(dǎo)通，綠燈亮，否則輸出綠燈不亮。3.3信號處理電路 在25攝氏度時，電橋平衡（操作時，調(diào)節(jié)為室內(nèi)溫度）放大器輸出為零，VT1，VT2均不導(dǎo)通，LED均不發(fā)光。當(dāng)溫度降低時，電橋輸出a點(diǎn)電壓低于b點(diǎn)電壓，并使放大器輸出電壓低于-0.7V時，VT2導(dǎo)通，LED2發(fā)光。當(dāng)溫度升高時，電橋輸出a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)電壓，并使放大器輸出電壓高于0.7V，VT1導(dǎo)通，LED1發(fā)光。 放大倍數(shù)約為100，因此電橋的輸出電壓上下限約為+7mv和-7mv，由此可推出上下限。 3.4報(bào)警裝置：我們采用了紅色發(fā)光二極管和綠

6、色發(fā)光二極管作為上下限指示標(biāo)志，當(dāng)紅色二極管亮?xí)r，實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警，即溫度上限報(bào)警；綠色二極管發(fā)光時，實(shí)現(xiàn)低溫報(bào)警，即溫度下限報(bào)警。4、 制作使用在焊接的過程中，為保證焊接點(diǎn)牢固,接粗良好與美觀，不存在虛焊，假焊，在焊接前要用刀，斷鋸條或砂紙刮去或打光引腳線上的油污，氧化膜或漆，直至露出光亮干凈的表面。之后涂上松香溶液，其上搪一層錫。焊接時應(yīng)掌握好溫度及時間，焊接時間一般在35秒。若焊接時間過短，焊錫未與焊件充分侵熔易產(chǎn)生虛焊，假焊；時間過長，則將燙壞印制板的銅箔或元件。電烙鐵溫度低，焊點(diǎn)表面粗糙，無光澤，呈豆腐渣狀。焊接時，烙鐵頭應(yīng)同時緊貼引腳或接線頭及印制板上的焊盤銅箔，當(dāng)焊點(diǎn)溫度升至焊錫熔點(diǎn)

7、時，焊錫熔化即自動流到引線與銅箔間，形成錐狀光滑焊點(diǎn)，之后迅速移開烙鐵。焊錫未完全凝固前，不能移動或搖動被焊元器件。各元件焊接完畢，焊接結(jié)束后必須檢查有無漏焊，虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖動應(yīng)立即補(bǔ)焊。焊接時應(yīng)注意以下幾個方面：1.發(fā)光二極管的極性不能搞混，腳長的一端為正極，另一端為負(fù)極?；蚴褂萌f用表測量。2.LM3258n不能直接焊接在電路板上，那樣的話既不容易調(diào)試，還容易燒壞片子，應(yīng)焊接8腳的集成電路管座，在焊接完成后將LM358n插于管座上。3.揚(yáng)聲器的極性已標(biāo)出，注意不能反接。4.焊接完成后的電路基本不用調(diào)試，用給NTC傳感器

8、加熱，其電阻發(fā)生變化，使管腳2、3的電壓發(fā)生變化，從而使LM3258n的第一組導(dǎo)通或截止，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紅燈或綠燈亮，實(shí)現(xiàn)溫度超限報(bào)警五、分析誤差、靈敏度5.1分析誤差根據(jù)半導(dǎo)體的電阻-溫度特性，熱敏電阻可分為三類，即溫度系數(shù)（Negative Temperature Coefficient, NTC）熱敏電阻、正溫度系數(shù)（Positive Temperature Coefficient, PTC）熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（Critical Temperature Resistor，CTR）。各種熱敏電阻的電阻值在常溫下很大，通常都在數(shù)千歐以上，所以在連接導(dǎo)線的阻值（最多不過10）幾乎對測溫沒

9、有影響，不必采用三線制或四線制接法，方便使用。另外，熱敏電阻的阻值隨溫度改變顯著，只要很小的電流流過熱敏電阻，就能產(chǎn)生明顯的電壓變化，而電流對熱敏電阻自身有加熱作用，所以應(yīng)注意不要使電流過大，防止帶來測量誤差。5.2靈敏度熱敏電阻的電阻值和電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高。NTC熱敏電阻在不同B(一般在15006000K之間)值時電阻-溫度特性，溫度越高，阻值越小且有明顯的非線性。NTC熱敏電阻具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，特別適用于-100300之間測溫。PTC熱敏電阻的組織隨溫度升高而增大，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時，其電阻值朝正的方向快速變化。CTR也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個溫度范圍內(nèi)

10、電阻值急劇下降，曲線斜率再次區(qū)段特別陡，靈敏度極高。六、 設(shè)計(jì)總結(jié)在此次為期一周的課程設(shè)計(jì)中，我覺的自己在很多個方面都獲得了較為顯著的提高。首先是對理論知識的理解。通過自身對傳感器的設(shè)計(jì)、仿真、組裝，將在課堂上學(xué)到的理論知識用以解決這一系列過程當(dāng)中出現(xiàn)的種種問題。不僅使理論正確的指導(dǎo)了實(shí)踐，更在實(shí)踐的過程中深化了對理論的認(rèn)知，真正將課堂上的知識變?yōu)榱俗约旱?。同時更體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作的力量，在這次的實(shí)習(xí)中采取了以小組為單位的合作形式，這就需要小組中的每個成員都要有一個明確的分工。我在小組中主要負(fù)責(zé)電路的設(shè)計(jì)與焊接，但這個過程并非只由我一人完成，小組的其他成員也給了我很大的幫助。整個設(shè)計(jì)、制作過程也可以說是一個互相交流的過程。在完成題目期間，我遇到了很多問題，都是通過小組的同學(xué)一起討論研究以及老師的指導(dǎo)才解決了難題。由于這次的實(shí)習(xí)添加了答辯的環(huán)節(jié)，因此也就給了我們一個展現(xiàn)自己的舞臺。我們闡述自己的設(shè)計(jì)原理并對自己在整個過程中的工作進(jìn)行總結(jié)，這對我們每一個人而言都是一種新的體驗(yàn)。也為我們在更大的舞臺上展示自己打下了基礎(chǔ)。最后要感謝在這次小學(xué)期課程設(shè)計(jì)中擔(dān)任最重要角色的指導(dǎo)老師們，雖然團(tuán)隊(duì)的力量