1、電子檢測裝置設計實踐 題目：PT100溫度變送器的設計姓名：學號：成績：_西安理工大學信息與控制工程系2016年1月22日總成績驗收成績驗收（抽樣）結(jié)果結(jié)果均方根誤差/排名精度/排名最終排名報告成績報告評價學生成績包括兩個部分：檢測裝置驗收和報告。檢測裝置驗收得分：根據(jù)驗收測試的4組數(shù)據(jù)計算得到均方根誤差和精度，將其各自排名，排名的結(jié)果相加，再排名，根據(jù)排名得到每個人的驗收得分。報告得分：根據(jù)電路設計、計算，電路圖繪制，結(jié)果分析，綜合得分。最終得分：驗收和報告各占50%。電子檢測裝置設計實踐項目設計說明書項 目：PT100溫度變送器的設計姓 名：學 號：西安理工大學信息與控制工程系2016年1

2、月22日大 綱1 概述隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，在普通家庭里電熱水器、電飯煲、電磁爐等家用電器越來越成為必不可少的生活用品，然而這些電器都依賴于溫度控制技術(shù)，所以說溫度控制技術(shù)無處不在?；诖?，如何獲得溫度信息值并進行準確而又快速的控制這是非常重要而有意義的研究課題。因鉑熱電阻具有測量范圍大、穩(wěn)定性好和耐氧化等優(yōu)點，本課題采用PT100鉑熱電阻作為溫度感測元件，進行溫度傳感器的設計與實現(xiàn)。PT100在的額定電阻值是，工作溫度范圍：，考慮到實際應用，本課題設計的測量范圍為。因為熱敏電阻的的溫度與阻值呈線性關(guān)系，根據(jù)測量可得溫度與電壓的關(guān)系，阻值與電壓的關(guān)系。2 總體設計溫度的控制1、溫度控制

3、范圍：10-90內(nèi)可任意設定溫度值。2、控制精度：±52.1 系統(tǒng)構(gòu)成PT100電源電路24V輸入24V輸入 輸出U0橋式電路放大電路 2.2 主要設備及元器件選型 根據(jù)設計要求，采用LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，lm324原理圖如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。 lm7812是指三端穩(wěn)壓集成電路IC芯片元器件，適用于各種電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護。lm7805

4、系列集成穩(wěn)壓器的典型應用電路如下圖所示，這是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C9、C10分別為輸入端和輸出端濾波電容。 ICL7660是一款基于電荷泵原理的電壓反相器，在典型電路中，其輸出電壓和輸入電壓的極性相反幅值相等，但輸出驅(qū)動能力不算很高。常用于需要從正電壓變換出對稱負電壓的場合，增加一個ICL7660和幾個小電容，就可以實現(xiàn)正負電源。2.3 系統(tǒng)核心處理策略輸入信號經(jīng)熱電阻，過零點補償和一級運放，最后濾波得到理想的模擬量輸出。2.4 系統(tǒng)軟硬件功能劃分 PT100所搭的電阻橋作為溫度采集部分，對溫度進行實時采集，電源由實驗室提供。3 詳細設計3.1 硬

5、件設計3.1.1 輸入與輸出 輸入：由電源直接輸入，經(jīng)電源電路處理，將5V電壓輸入。 輸出：經(jīng)電路處理好的信號直接輸出。3.1.2 熱電阻檢測模塊 由于熱電阻輸出的信號很微弱，故我們通過電橋?qū)⒆柚底兓迪冉?jīng)過電橋放大，得到范圍跨度為0-5V，分辨率為0.02V的模擬電壓信號，得到需要的測溫范圍對應的溫度值。熱電阻PT100的分度表溫度0123456789電阻值（）010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96

6、112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090 119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.551

7、24.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150.21153.96139.26143.05146.82150.

8、58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.83156.58141.91145.69149.46153.21156.95 金屬熱電阻一般適用于-200500范圍內(nèi)的溫度測量，其特點是測量準確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應用極其廣泛。工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大

9、部分金屬導體都有這個性質(zhì)，但并不是都能用作測溫熱電阻，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學物理性能、材料的復制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。 pt100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為：當PT100溫度為0時它的阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。設計電路圖如下：3.1.3 電源模塊 本系統(tǒng)采用實驗室提供的24V直流穩(wěn)壓電源，經(jīng)電源電路輸出為5V電壓。3.1.4 電壓跟隨器模塊電壓跟隨器的顯著特點就是，輸入阻

10、抗高，而輸出阻抗低。電壓跟隨器采用+5V和-5V雙電源供電形式，為了避免系統(tǒng)輸出Vo為負電壓的情況?；瑒幼冏杵鱎F1、RF2調(diào)節(jié)范圍大，使測量更加準確。3.1.5 計算過程1.設R1=R2=1K，R4=100（PT100在0度時，阻值為100），電橋 R5=R6=10K(電橋上的電阻大于R1和R2)2.輸入輸出關(guān)系式解得最小范圍：3mV35mV 32mV；最大范圍：7mV25mV 18mV最小放大倍數(shù)：5V/32mV=156，最大放大倍數(shù)5V/18mV=278 3.確定Vz的范圍及R11、R12、RF2 時， 假設R6=R7，則 設Vref=1.2V Vz為0.3V到0.7V，取Vz的變化為0

11、.5V 放大倍數(shù)： k最小，可調(diào) 從而 設R9=10K，R10=5.6K 驗證假設是否滿足要求：則放大倍數(shù)滿足要求。 4. 確定Vo1、R6、R7的范圍 設R6=R7=10k,（運放的電阻應遠大于其內(nèi)阻，而內(nèi)阻一般為100）3.1.5系統(tǒng)圖及元器件清單元件數(shù)量ICL76601LM3242LM78121LM78051PT1001電解電容10uf，100uf4電容104,106若干電阻若干雙輸出可調(diào)直流穩(wěn)壓電源24V電位器24 調(diào)試與測試4.1 調(diào)試 將PT100放入冰水混合物，此時溫度為零攝氏度，PT100阻值此時為100接入電路，分別測Vo1和Vo,調(diào)滑動變阻器RV1和RV2，使其電壓均接近于

12、0V,并且Uo1> Uo2。對電路信號放大部分先進行調(diào)零：測Vo的值并調(diào)節(jié)RV2，是輸出為0.3V,再對電路信號放大部分進行調(diào)滿：先將PT100放入開水，此時的阻值138接入電路, 再測Vo的值并調(diào)節(jié)104，使輸出接近為5V。如此反復對該電路進行調(diào)零和調(diào)滿的操作，使其輸出穩(wěn)定在0.2V-4.0V之間即可。4.2 測試 測實驗數(shù)據(jù)：調(diào)節(jié)PT100的阻值，使其以每隔10的阻值接入電路，再測輸出Vo的值，電流源電路接好后，開始測電流的輸出。測量時應按PT100的阻值增大時測一次，再依次減小其阻值測一次。 測試結(jié)果： 1：滑動變阻器RF1調(diào)零，調(diào)節(jié)最佳增益，結(jié)果如下所示：溫度1020304050

13、60708090阻值103.9107.7111.6115.5119.4123.2127.0130.9134.7電壓0.7021.2111.8342.3582.8373.2953.7014.1334.487由圖可以看出，PT100溫度與電壓近似呈線性關(guān)系。5 結(jié)論經(jīng)過將近兩這幾天的測控電路課程設計，我終于完成了PT100溫度變送器的設計，雖然與老師的要求有一定的差距，但我還是很高興的。在這次課程設計中，我自己動手焊接了實驗電路，自己檢查電路中的錯誤，自己改正這些錯誤，自己查資料，這些都是我獨立完成的，雖然在這一過程中我們遇到了許多困難，但還是咬牙挺過來了，因此我們也學到了許多東西。由于我之前有過焊接電路板的經(jīng)驗，在焊接過程中并未遇到什么困難，我自己也認為我焊接的電路板還是不錯的，但我還是在電路調(diào)試中遇到了很大的難題，雖然老師在布置這個課程設計之前給我們講了一些在調(diào)試中要注意的問題，但在實際操作中我們幾乎完全忘了這些需要注意的問題，例如對電路的調(diào)零和調(diào)滿的操作，我們都沒有將這兩步分開來進行，而是直接測電路的輸出；再如，調(diào)零和調(diào)滿的操作要進行多次，通過反復調(diào)試來保證電路測量范圍的準確性，可我們幾乎都是只調(diào)試了一次就開始測數(shù)據(jù)，導致