溫度報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：課程名稱：傳感器與檢測技術(shù)學(xué)年學(xué)期：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)成績評定表學(xué)生姓名學(xué)號成績專業(yè)班級起止時(shí)間設(shè)計(jì)題目溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師：年月日 目錄TOC\o"1-6"\h\z\u一、設(shè)計(jì)目的 1二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo) 1三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1（1）主要包含的內(nèi)容： 1（2）穩(wěn)壓源電路設(shè)計(jì) 1（3）測量電路的設(shè)計(jì) 2（4）放大電路設(shè)計(jì) 2（5）報(bào)警電路設(shè)計(jì) 2（6）整體電路 3四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議 5五、總結(jié)（感想和心得等） 5華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電氣工程系生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告一、設(shè)計(jì)目的該次課程設(shè)計(jì)是為了培養(yǎng)運(yùn)用有關(guān)的課程的基礎(chǔ)理論知識和技能解決實(shí)際問題的能力，從而提高本專業(yè)必要的基本技能、方法和創(chuàng)新能力，分調(diào)動學(xué)生的動手能力，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時(shí)能夠結(jié)合實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)本次設(shè)計(jì)的題目為溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)，顧名思義就是運(yùn)用溫度傳感器的溫度特性從而達(dá)到在一定溫度時(shí)的報(bào)警作用。其主要功能和指標(biāo)如下：利用溫度傳感器（熱敏電阻）測量某環(huán)境的溫度報(bào)警器的報(bào)警溫度可調(diào)，范圍為（0—100℃）采用蜂鳴器報(bào)警，聲音大小由環(huán)境溫度與報(bào)警溫度的差值決定三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）主要包含的內(nèi)容：穩(wěn)壓源電路的設(shè)計(jì)測量電路的設(shè)計(jì)放大電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)Uo1圖1（2）穩(wěn)壓源電路設(shè)計(jì)Uo1圖1利用運(yùn)放LM358構(gòu)成電壓跟隨器，形成穩(wěn)定的電壓源供測量電路使用。其中D1采用4.7V左右的穩(wěn)壓管，調(diào)節(jié)R8使電壓跟隨器U1a的輸出Uo1穩(wěn)定在2.5V，為后面的測量電路提供可靠地電源供應(yīng)，其電路原理圖如圖1：（3）測量電路的設(shè)計(jì)圖2以熱敏電阻作為溫度傳感器進(jìn)行溫度的測量，采用的熱敏電阻為正溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，阻值增大。該熱敏電阻在常溫時(shí)阻值約為680歐（在電路圖中以可變電阻R10代替），該部分電路原理圖如圖2，圖中的V1可用圖1中Uo1圖2（4）放大電路設(shè)計(jì)Uo2圖3利用運(yùn)放LM358構(gòu)成差動放大電路，如圖3，運(yùn)放LM358對從5腳和6腳過來的電壓Uo2圖3（注：圖中的V1可用圖1中Uo1代替。R10等效為正溫度系數(shù)熱敏電阻）（5）報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路相對簡單，5v的穩(wěn)壓二極管使蜂鳴器工作在正常狀態(tài)，避免當(dāng)溫度過高時(shí)將蜂鳴器燒壞。該部分電路圖如圖4：Uo2Uo2圖4蜂鳴器（6）整體電路圖5通過以上設(shè)計(jì)，得到該溫度報(bào)警器的總體電路圖（如圖5）圖5（注：圖5中R10為正溫度系數(shù)熱敏點(diǎn)電阻，R8和R9為電位器，Uo處接蜂鳴器）傳感器的工作電流一般選擇1mA以下，這樣可避免電流產(chǎn)生的熱影響測量精度，并要求電源電壓穩(wěn)定。D1為穩(wěn)壓管，并經(jīng)R3和R8分壓，調(diào)節(jié)R8使電壓跟隨器U1a輸出2.5v的穩(wěn)定電流。由R4、R5、R9、R10組成測量電路，其輸出接U1b差動放大器，經(jīng)放大后輸出，相應(yīng)輸出電壓為0-+5V，其輸出靈敏度為50mV/℃。該電路中采用了運(yùn)放LM358，其引腳圖，及各部分功能如下：圖6在LM358中有兩個(gè)單獨(dú)的運(yùn)放，在他的8個(gè)引腳中，如圖6引腳1-3為一個(gè)運(yùn)放，5-7為第二個(gè)運(yùn)放，其中1腳和7腳為輸出端，2腳和6腳為反相輸入端，3腳和5腳為圖6相應(yīng)的邏輯功能圖如圖7:圖圖7圖8實(shí)物圖正面如圖8圖8四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議該電路輸出部分可以接個(gè)電壓表，構(gòu)成溫度計(jì)，測量范圍為0-100℃。該電路可作為數(shù)字顯示式溫度計(jì)的前端測量部分。五、總結(jié)（感想和心得等）傳感器是一種有趣的且值得研究的裝置，它能通過測量外界的物理量、化學(xué)量或生物量來捕捉知識和信息，并能將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。在生活中它為我們提供了很多方便，在傳感器產(chǎn)品中，溫度傳感器是最主要的需求產(chǎn)品，它被應(yīng)用在多個(gè)方面、總而言之，傳感器的出現(xiàn)改變了我們的生活，生活因使用傳感器也變得多姿多彩。電阻，物質(zhì)對電流的阻礙作用就叫該物質(zhì)的電阻。電阻小的物質(zhì)稱為電導(dǎo)體，簡稱導(dǎo)體。電阻大的物質(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

可分為兩類，隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理

此種熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導(dǎo)體材料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘。當(dāng)溫度低時(shí)，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度，此元件的‘溫度控制點(diǎn)’一般鈦酸鋇的居里點(diǎn)為120℃）時(shí)，內(nèi)電場受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因?yàn)檫@種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流3～440V均可，使用壽命長，非常適用于電動機(jī)等電器裝置的過熱探測。

⑵

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（-60～300℃）、中溫（300～600℃）、高溫（>600℃）三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、壽命長、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要定點(diǎn)測溫的溫度自動控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。

熱敏電阻與簡單的放大電路結(jié)合，就可檢測千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測溫計(jì)，能完成高精度的溫度測量。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55℃～+315℃，特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?55℃，可達(dá)-273℃。熱敏電阻器的主要參數(shù)

各種熱敏電阻器的工作條件一定要在其出廠參數(shù)允許范圍之內(nèi)。熱敏電阻的主要參數(shù)有十余項(xiàng)：標(biāo)稱電阻值、使用環(huán)境溫度（最高工作溫度）、測量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓（最大工作電壓）、工作電流、溫度系數(shù)、材料常數(shù)、時(shí)間常數(shù)等。其中標(biāo)稱電阻值是在25℃零功率時(shí)的電阻值，實(shí)際上總有一定誤差，應(yīng)在±10%之內(nèi)。普通熱敏電阻的工作溫度范圍較大，可根據(jù)需要從-55℃到+315℃選擇，值得注意的是，不同型號熱敏電阻的最高工作溫度差異很大，如MF11片狀負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器為+125℃，而MF53-1僅為+70℃，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意（一般不要超過可以說熱敏電阻是熱電阻的一種所以說，原理都是溫度引起電阻變化。但是現(xiàn)在熱電阻一般都被工業(yè)化了，基本是指PT100,CU50等常用熱電阻。他兩的區(qū)別是：一般熱電阻都是指金屬熱電阻（PT100）等，熱敏電阻都是指半導(dǎo)體熱電阻。由于半導(dǎo)體熱電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化，而且電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇。所以稱為熱敏電阻但是熱敏電阻阻值隨溫度變化的曲線呈非線性，而且每個(gè)相同型號的線性度也不一樣，并且測溫范圍比較小。所以工業(yè)上一般用金屬熱電阻~也就是我們平常所說的熱電阻。而熱敏電阻一般用在電路板里，比如像你所說的可以類似于一個(gè)保險(xiǎn)絲。由于其阻值隨溫度變化大，可以作為保護(hù)器使用。當(dāng)然這只是一方面，它的用途也很多，如熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償就是靠熱敏電阻來補(bǔ)償。另外，由于其阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重。。。所以元件的一致性很差，并不能像熱電阻一樣有標(biāo)準(zhǔn)信號熱電阻式溫度傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。大多數(shù)金屬熱電阻的阻值隨其溫度增高而增大，稱具有正的溫度系數(shù)；而半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值一般隨溫度升高而減小稱具有負(fù)的溫度系數(shù)。由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻阻值隨溫度變化，因此，測量它們的電阻值，便可測出相應(yīng)的溫度銅熱電阻的特點(diǎn)