熱敏電阻溫度報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

第一章 課題背景

1.1 引言

1.1.1 背景

溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。

溫度控制電路在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。日常生活中也可以見到，如電冰箱的自動(dòng)制冷，空調(diào)器的自動(dòng)控制等等。利用熱敏電阻器制作一個(gè)溫度報(bào)警器，可通過調(diào)節(jié)微調(diào)電位器的阻值，改變電壓比較器正向輸入端的參考電壓，可以改變電路報(bào)警時(shí)的溫度。

1.1.2 設(shè)計(jì)目的與意義

本文通過采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作的具體過程及方法。這種溫度報(bào)警器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由溫度控制部件和報(bào)警器兩部分組成，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時(shí)，溫度測(cè)量范圍為20℃～100℃。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定值30度時(shí)，利用熱敏電阻的特性，采集電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置，立刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而防止因溫度升高而帶來的不必要的損失。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

(1) 溫度測(cè)量范圍20℃～＋100℃。

(2) 測(cè)溫分辨率不低于0.5℃。

(3) 溫度大于30℃報(bào)警。

1.3 主要工作

1）根據(jù)指標(biāo)設(shè)計(jì)溫度控制報(bào)警電路。

2）完成設(shè)計(jì)的焊接以及調(diào)試工作

第二章:元件介紹

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理 NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O~1000000

歐姆Ω

溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可NTC熱敏電阻器廣泛用于測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妫?/P>

NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻構(gòu)成 NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料．該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料． NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為： 式中RT、RT0分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值，Bn為材料常數(shù)．陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導(dǎo)體特性決定的．

繼電器 繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

器件簡(jiǎn)介

當(dāng)輸入量（如電壓、電流、溫度等）達(dá)到規(guī)定值時(shí)，繼電器所控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開。 輸入量可分為電氣量（如電流、電壓、頻率、功率等）及非電氣量（如溫度、壓力、速度等）兩大類。 繼電器具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

電壓比較器

電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運(yùn)算放大器。 電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)： 當(dāng)”+”輸入端電壓高于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng)”+”輸入端電壓低于”－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平； 可工作在線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。 工作在線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是虛短，虛斷； 工作在非線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是跳變，虛斷； 由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運(yùn)放常工作在非線性區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)上看，運(yùn)放常處于開環(huán)狀態(tài)，又是為了使比較器輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換更加快速，以提高響應(yīng)速度，一半在電路中接入正反饋。

第三章：方案論述 3.1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)傳感器的原理構(gòu)成和設(shè)計(jì)需要，各部分元件分別選用下列元器件：

測(cè)溫電路由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路構(gòu)成，測(cè)量電路選用電橋，輔助電源選用直流電源。

敏感元件:負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

轉(zhuǎn)換元件：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換成電量 。

測(cè)量電路的種類：電橋。電橋法方便、準(zhǔn)確。

輔助電源的種類：20伏特直流穩(wěn)壓電源、220交流電源。

3.2 設(shè)計(jì)方案的圖表；

1.測(cè)量回路

當(dāng)溫度變化時(shí)，Rt電阻阻值也隨之變小，電橋?qū)Ρ鄢朔e不等，電橋不平衡.由于測(cè)量的溫度最小為20℃，在20℃時(shí)的熱敏電阻的阻值為10KΩ，本實(shí)驗(yàn)中用滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)代替熱敏電阻溫度的變化，當(dāng)接入電阻是10KΩ時(shí)，電橋平衡。當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻變小，相應(yīng)的輸出電壓變大，輸出電壓有公式U。=V1(（RT/(R1+RT)-(R3/（R3+R2))可以求的，再經(jīng)放大器放大后送入到比較器的正端

2.比較電路

由放大之后的電壓送到比較器的正端，由于要設(shè)定30℃為報(bào)警電路響，30℃時(shí)的熱敏電阻的阻值約為8.5KΩ，移動(dòng)RT到8.5KΩ，觀察電壓表2的讀數(shù)，同時(shí)調(diào)節(jié)R7，使得電壓表3的讀數(shù)與2的相同

3 報(bào)警電路圖

R9、R8為分壓電阻，避免繼電器短路時(shí)燒毀電源及元器件。聲光報(bào)警元件分別為蜂鳴器、LED，與R9串聯(lián)成報(bào)警回路。正常工作時(shí)，比較放大器信號(hào)送來后，繼電器導(dǎo)通，報(bào)警回路被短路，當(dāng)溫度升高時(shí)，比較放大器輸出高電平，繼電器VD截止，報(bào)警回路導(dǎo)通，燈和鈴導(dǎo)通，報(bào)警。

3.3 編寫設(shè)計(jì)說明書

1）該傳感器的技術(shù)性能和使用條件

該傳感器可用于液體、氣體、固體、固溶體和火災(zāi)報(bào)警等方面，使用簡(jiǎn)單方便。通常測(cè)量范圍在20至100℃之間。這種測(cè)量電路精確可達(dá)0.1℃，感溫時(shí)間至少10秒以下。適用于初始溫度≥20℃，升高到某一程度報(bào)警的系統(tǒng)。

2）最后組成的原理框圖

3）工作原理

Rt為熱敏電阻，初始Rt=R1=R2=R3=10k，電橋平衡，即20℃時(shí)。 R9、R8、為分壓電阻。可通過R7設(shè)置報(bào)警溫度。當(dāng)溫度升高，Rt電阻阻值減小，從而電橋輸出量隨之變化. 輸出量送入比較放大器進(jìn)行比較，當(dāng)其值大于比較放大器R8上電壓時(shí)，比較放大器導(dǎo)通，繼電器截止，報(bào)警回路由短路狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通，燈和鈴導(dǎo)通，報(bào)警成功。

4）報(bào)警溫度的設(shè)置與計(jì)算

Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，阻值變化如下：

溫度°C

-50

-30

-10

10

5）誤差分析

熱敏電阻會(huì)有一定的時(shí)間延時(shí)，從而間接的影響了整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的靈敏和準(zhǔn)確性能。 電阻值KΩ 溫度°C 電阻值KΩ 329.2 20 10 111.3 30 8.313 42.45 50 4.61 27.28 80 1.669 17.96 100 0.9735

4.元器件清單及型號(hào)

5.設(shè)計(jì)總結(jié)

時(shí)間總是過得很快，經(jīng)過一周的課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)自己能制作一個(gè)溫度報(bào)警器了，興奮是無法用言語表達(dá)的。

設(shè)計(jì)溫度報(bào)警器這段時(shí)間也是我這一學(xué)期最忙的日子.本周必須完成模電的課程設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)我們來說，顯得很重。為了盡快完成模電的課程設(shè)計(jì)，我一天也沒歇息。相關(guān)知識(shí)缺乏給學(xué)習(xí)它帶來很大困難，為了盡快掌握它的用法，我照著原理圖學(xué)習(xí)視頻一步一步做，終于知道了如何操作。

剛開始我借來了一份溫度報(bào)警器的電路原理圖，但離實(shí)際應(yīng)用差距較大，有些器件很難找到，后來到網(wǎng)上搜索了一下相關(guān)內(nèi)容，順便到學(xué)校圖書館借相關(guān)書籍，經(jīng)過不斷比較與討論，最終敲定了溫度報(bào)警器的電路原理圖，并且詢問了兄弟班關(guān)于元器件的參數(shù)情況。

在做電路仿真時(shí)，我畫好了電路原理圖，修改好參數(shù)后，總是不行,無論我怎樣修改都不行，后來請(qǐng)教同學(xué)，他們也遇到了同樣的困惑。任何事情都不可能是一帆風(fēng)順的。

經(jīng)過這段課程設(shè)計(jì)的日子，我發(fā)現(xiàn)從剛開始的Multisim到現(xiàn)在的Protel，不管是學(xué)習(xí)哪種軟件，都給我留下了很深的印象。由于沒有接觸，開始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來就好了。在每次的課程設(shè)計(jì)中,遇到問題，最好的辦法就是問別人，因?yàn)槊總�(gè)人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)我深有體會(huì)，在很多時(shí)候，我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想來得快。

盡管現(xiàn)在只是初步學(xué)會(huì)了溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)，離真正掌握還有一定距離，但學(xué)習(xí)的這段日子確實(shí)令我收益匪淺，不僅因?yàn)樗�發(fā)生在特別的時(shí)間，更重要的是我又多掌握了一門新的技術(shù)，收獲總是令人快樂，不是嗎？

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作為一名測(cè)控技術(shù)與儀器的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計(jì)是十分有意義。在已度過的三年大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。

我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種設(shè)計(jì)？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)用到實(shí)踐中去呢？

我想做類似的作業(yè)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱了很多次設(shè)計(jì)書和指導(dǎo)書。

為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，更加符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱各種放大器的書籍是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。通過這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。

通過這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作鋪展了道路。另外，課堂上也有部分知識(shí)不太清楚，于是我又不得不邊學(xué)邊用，時(shí)刻鞏固所學(xué)知識(shí)，這也是我作本次課程設(shè)計(jì)的一大收獲。整個(gè)設(shè)計(jì)我基本上還滿意，由于水平有限，難免會(huì)有錯(cuò)誤，還望老師批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)

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