熱敏電阻溫度傳感器設(shè)計(jì)

1、 實(shí)驗(yàn)報告題 目：溫度傳感器設(shè)計(jì) 院 （系）：電子工程與自動化學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 學(xué)生姓名： 劉家豪 學(xué) 號： 1300840218 指導(dǎo)教師： 龍 超 職 稱： 高級實(shí)驗(yàn)師 2015年11月 9日摘 要 隨著人們生活水平的提高，人們對各種測量器具的智能化、多功能化提出了更高的要求，而電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得傳感器在各種測量產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。人們開發(fā)出來的各種傳感器作為測量產(chǎn)品的主要部分，使各種測量產(chǎn)品更具智能化、擁有更多功能、便于人們操作和使用，更具時代感，這是測量產(chǎn)品的發(fā)展方向和趨勢所在。有的測量產(chǎn)品要求測量溫度、測量光強(qiáng)度、測量濕度等，需要增加報警和開關(guān)控制等功能。傳感器（英

2、文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。傳感器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基

3、礎(chǔ)。溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。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）在溫度越高時電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。本次設(shè)計(jì)熱敏電阻選擇負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC

4、）。本設(shè)計(jì)以熱敏電阻為感溫元件，根據(jù)電路中熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，導(dǎo)致電壓輸出發(fā)生變化，達(dá)到測量目的。經(jīng)過調(diào)試，本設(shè)計(jì)具有較好的性能與穩(wěn)定性，符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：傳感器，熱敏電阻，溫度傳感器。目錄引言11 課程設(shè)計(jì)概述11.1 課程設(shè)計(jì)題目11.2 主要儀器設(shè)備12 設(shè)計(jì)原理22. 1電橋32. 2放大電路43 調(diào)試方法及其功能53. 1調(diào)試方法及其步驟：53. 2功能說明：64 制作過程65 結(jié)論75. 1測量結(jié)果75. 2結(jié)果分析7謝 詞8參考文獻(xiàn)9附 錄10引言 人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就

5、遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。本課程設(shè)計(jì)題目為以熱敏電阻為核心，設(shè)計(jì)一個溫度傳感器，要求單電源供電，溫度測量范圍0-100度，電壓輸出0-5V。當(dāng)熱敏電阻處于0度環(huán)境中，要求電壓輸出為0V；當(dāng)處于100度的時候，電壓輸出為5V。除此以外，還要保證線性度良好。本次設(shè)計(jì)方法，是根據(jù)電橋平衡輸出零點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)運(yùn)放的放大倍數(shù)使輸出電壓要求最大值，并且增加報警器擴(kuò)展部分的功能。1 課程設(shè)計(jì)概

6、述1.1 課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一個熱敏電阻溫度傳感器，要求單電源供電，溫度測量范圍0-100度，電壓輸出0-5V。*擴(kuò)展功能：當(dāng)電壓輸出大于或等于5V時，報警器鳴響，報警燈亮。 1.2 主要儀器設(shè)備示波器1臺直流穩(wěn)壓電源1臺數(shù)字萬用表 1個2 設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)方框圖：總的原理圖：原理圖分為三部分：1、電橋.2、放大電路.3、擴(kuò)展功能.它們各有不同的功能，以下分別講解這三部分的功能：2.1電橋電橋平衡電路如下：典型的電橋如上所示，4個臂R1、R2、R3、R4按順時針方向排列。這里電源電壓U=12V。電橋的輸出為： R1*R3R2*R4 Uo=U（-） (R3+R4)(R1+R2)可見，電橋的平衡條件為：

7、R1*R3=R2*R4,此時，Uo=0。當(dāng)0度時，根據(jù)熱敏電阻的值，設(shè)定R2、R2、R3、R4阻值的大小，使得R1*R3=R2*R4，則此時電壓輸出為0V。當(dāng)溫度升高，熱敏電阻阻值隨溫度升高而下降，使Uo輸出不為零，此時根據(jù)放大電路放大Uo；當(dāng)溫度為100度時，調(diào)節(jié)放大電路的放大倍數(shù)使輸出電壓為5V。2. 2放大電路放大電路如下：本課設(shè)放大電路選擇具有高輸入電阻的查分比例運(yùn)算電路，其中R5=R6，H2=H3。第一級電路為同相比例運(yùn)算電路，利用疊加定理，可以求得Uout： R6+H3 Uout=（-） (U2U1) R6H2、H3用滑動變阻器代替，具有當(dāng)熱敏電阻溫度為100度時，調(diào)節(jié)輸出為5V。

8、從電路的組成可以看出，無論對于U1，還是對于U2，均可以認(rèn)為輸入電阻為無窮大。3 調(diào)試方法及其功能3. 1調(diào)試方法及其步驟：在0度溫度下，調(diào)節(jié)電橋上的滑動變阻器，使電橋輸出為0。在100度溫度環(huán)境下，調(diào)節(jié)運(yùn)放上的滑動變阻器，使放大電路輸出為5V。至此，所有調(diào)試過程結(jié)束。3. 2功能說明：當(dāng)把熱敏電阻置于從0度到100度變化的環(huán)境中，放大電路輸出為0V到5V之間，包括0V和5V。4 制作過程1 按照電路圖，利用Protel DXP 2004E軟件畫出原理圖、PCB圖，按照尺寸將PCB布線圖用復(fù)寫紙畫到覆銅板上；2 用直徑為1.0mm的電鉆鉆頭在PCB板上按位鉆孔；3 按照之前的布線軌跡，用細(xì)毛筆

9、涂油漆的方法覆蓋所有布線軌跡，描好后晾干，為了漂亮，還可以用小刀把線條修整齊；4 把以上步驟做好的板子放入三氯化鐵溶液中，因?yàn)楦g的速度與腐蝕液的濃度，溫度及腐蝕過程中采取抖動有關(guān)，因此為了保證制板質(zhì)量及提高腐蝕速度，可以采用抖動和加熱的方法；5 用溶液將板子腐蝕完畢后用自來水將板子沖洗干凈；6 用洗甲水將板子上殘留的油漆洗干凈至露出覆銅；7 按照電路圖，將相應(yīng)的元件按照原圖焊接到板子的相應(yīng)位置；8 焊接完畢后，進(jìn)行調(diào)試及測量，并對結(jié)果進(jìn)行分析。5 結(jié)論5. 1測量結(jié)果0度40度100度熱敏電阻20K12.8K2K理論值0V2V5V實(shí)際值0.01V2.01V5V5. 2結(jié)果分析測量出的電壓輸出值與理論值有些出入，分析原因可能及改進(jìn)方法有以下幾點(diǎn)：1.在萬用表測量其輸出電壓時，不同的時刻讀到的值不同，造成一定誤差。可采用更精確的測量裝置能減小誤差。2.測溫電路本身的非線性等原因。此項(xiàng)誤差由電路設(shè)計(jì)保證，非常小，可以忽略不計(jì)。3.熱敏電阻本身參數(shù)非線性?？梢圆捎米柚惦S溫度變化線性度更好的電阻。參考文獻(xiàn) 1 童詩白、華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.20062 陳建遠(yuǎn).傳感器技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.20083 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教