1、精選優質文檔-傾情為你奉上揚州大學能源與動力工程學院課程設計報告題 目： 基于鉑電阻傳感器測量電路設計 課 程： 傳感器與測控電路課程實習 專 業： 測控技術與儀器 班 級： 測控0802 姓 名： 學 號： 專心-專注-專業總 目 錄第一部分：任務書 第二部分：課程設計報告第三部分：設計電路圖第 一 部 分任務書傳感器與測控電路課程實習課程設計任務書課題：基于鉑電阻傳感器測量電路設計一個電子產品的設計、制作過程所涉及的知識面很廣；加上電子技術的發展異常迅速，新的電子器件的功能在不斷提升，新的設計方法不斷發展，新的工藝手段層出不窮，它們對傳統的設計、制作方法提出了新的挑戰。但對于初次涉足電子產

2、品的設計、制作來說，了解并實踐一下傳感器選擇與測控電路的設計、制作的基本過程是很有必要的。由于所涉及的知識面很廣，相應的具體內容請參考本文中提示的傳感器原理及應用，測控電路，模擬電子技術基礎實驗與課程設計，電子技術實驗等書的有關章節。一、基于鉑電阻傳感器測量電路設計簡介應用集成運放和WZB(BA2)型鉑電阻設計測溫電路，測溫范圍為0500。0時，WZB型鉑電阻的阻值R0為100。要求測溫電路具有溫度補償功能，測溫誤差±5%。二、基于鉑電阻傳感器測量電路設計的工作原理本課題中測量電路組成框圖如下所示：測量電路由基準電壓電路，鉑電阻溫度傳感器構成的轉換電路，反相加法器等主電路組成；為了實

3、現溫度補償和非線性補償功能，在鉑電阻溫度傳感器構成的轉換電路輸出端取樣，經過反相放大器，輸入轉換電路，同時在基準電壓的輸出端取樣電路2采樣信號輸入反相加法器。實現補償功能。三、設計目的1、掌握傳感器選擇的一般設計方法；2、掌握模擬IC器件的應用；3、掌握測量電路的設計方法；4、培養綜合應用所學知識來指導實踐的能力。四、設計要求及技術指標1、設計、組裝、調試； 2、溫度測量范圍：0500；3、測量溫度誤差±5； 4、輸出電壓：05V；5、非線性誤差：±0.5；6、具有溫度補償功能；五、設計所用儀器及器件1直流穩壓電源2雙蹤示波器3萬用表4運放OP075電阻、電容若干6溫度傳感

4、器Pt1007萬能電路板8電烙鐵等六、日程安排1布置任務、查閱資料，方案設計；（2天）根據設計要求，查閱參考資料，進行方案設計及可行性論證，確定設計方案，畫出電路圖。2上機用EDA軟件對設計電路進行模擬仿真調試； （2天）要求在虛擬儀器上觀測到正確的波形并達到規定的技術指標。3電路的裝配及調試；（3天）在萬能板上對電路進行裝配調試，使其全面達到規定的技術指標，最終通過驗收。4總結撰寫課程設計報告。 （1天）七、課程設計報告內容：總結設計過程，寫出設計報告，設計報告具體內容要求如下：1課程設計的目和設計的任務2課程設計的要求及技術指標3總方案的確定并畫出原理框圖。4各組成單元電路設計，及電路的原

5、理、工作特性(結合設計圖寫) 5總原理圖，工作原理、工作特性（結合框圖及電路圖講解）。6電路安裝、調試步驟及方法，調試中遇到的問題，及分析解決方法。7實驗結果分析，改進意見及收獲。8體會。八、電子電路設計的一般方法：1仔細分析產品的功能要求，利用互連網、圖書、雜志查閱資料，從中提取相關和最有價值的信息、方法。（1）設計總體方案。（2）設計單元電路、選擇傳感器、測量電路元器件、根據需要調整總體方案（3）計算電路（元件）參數。（4）繪制總體電路初稿（5）上機在EDB（或EDA）電路實驗仿真。（6）繪制總體電路。2明確電路圖設計的基本要求進行電路設計。并上機在EDB（或EDA）上進行電路實驗仿真，電

6、路圖設計已有不少的計算機輔助設計軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工繪圖的壓力，電路實驗仿真大大減少人工重復勞動，并可幫助工程技術人員調整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。3掌握常用元器件的識別和測試。電子元器件種類繁多，并且不斷有新的功能、性能更好的元器件出現。需要通過互連網、圖書、雜志查閱它們的識別和測試方法。對于常用元器件，不少手冊有所介紹。4、熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法。通過排除電路故障，提高電路性能的過程，鞏固理論知識,提高解決實際問題的能力。5、獨立撰寫課程設計報告。第 二 部 分課程設計報告目 錄一、課題簡介（1）1關于溫度測量（1）2 鉑電阻測溫原理簡介（

7、1）二、設計要求及技術指標（2）1設計的目的和設計的任務（2）1.1 課程設計的目的（2）1.2 課程設計的任務（2）2 課程設計的要求及技術指標（3）2.1 課程設計的要求（3）2.2 課程設計的技術指標（3）3 總方案及原理框圖（4）3.1 設計總方案（4）3.2 原理框圖（4）4 電路各組成部分的工作原理（5）4.1 穩壓電路的工作原理（5）4.2 Pt溫度傳感器反向放大電路的工作原理（5）4.3取樣電路1和反向放大器電路的工作原理（5）4.4取樣電路2的工作原理（6）4.5 反向加法器的工作原理（6）4.6總電路圖（7）5 電路的設計、電路各部分工作特性及元件的作用（8）5.1電路的設

8、計（8）5.2電路的參數計算（8）5.3電路各部分工作特性及元件的應用（9）6 電路安裝調試步驟及方法（11）7實驗結果分析（12） 7.1實驗記錄（12） 7.2誤差分析（13）8 改進意見、收獲、體會與總結（14）9 儀器儀表清單（15）參考文獻（16） 一 課題簡介1.關于溫度測量溫度是一個與人們的生活環境、生產活動密切相關，也是儀器科學和各類工程設計中必須精確測定的重要物理量。隨著科學技術的發展，使得測溫技術迅速發展，測溫范圍不斷拓寬，測溫精度不斷提高，新的溫度傳感器不斷出現，如光纖溫度傳感器、微波溫度傳感器、超聲波溫度傳感器等。由于檢測溫度的傳感器種類不同，采用的測量電路和要求不同，

9、執行器、開關等的控制方式不同，所以相應的硬件和軟件也就不同。溫度與溫標溫度不能直接加以測量，只能利用冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨著冷熱程度不同而變化的特性進行間接測量。溫度測量方法按感溫元件是否與被測介質接觸分成接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。接觸式測溫是使測溫敏感元件和被測介質接觸，當被測介質與感溫元件達到熱平衡時，感溫元件與被測介質的溫度相等。這類溫度傳感器結構簡單、工作可靠、精度高、穩定性好、價格低、應用廣泛。非接觸式測溫是應用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。它可測高溫、腐蝕、有毒、運動物體和固體、液體表面的溫度，但精度偏低。 2.關于鉑電阻鉑電阻溫度傳

10、感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，顯示儀表將會指示出鉑電阻的電阻值所對應的溫度值。當被測介質中存在溫度梯度時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內介質層中的平均溫度。溫度是過程檢測與控制中的重要參量,在要求對溫度進行精確測量和控制的條件下,鉑熱電阻是一種應用廣泛的溫度傳感器,它具有體積小、準確度高、測溫范圍寬、穩定性好、正的溫度系數等特點,但它同時也存在非線性的缺點,因此在利用鉑熱電阻進行精確溫度測量時,除要克服測量電路自身的噪聲干擾外,還要對鉑熱電阻的非線性進行矯正。二、設計要求及技術指標 1.設計的目的和設計的任務1.1課程設計的目的 通過設計了解如何運用電子

11、技術來實現溫度測量和控制任務，完成溫度測量和控制電路的連接和調試，學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析電路設計、調試方面問題和解決問題的能力。 1、掌握傳感器選擇的一般設計方法；2、掌握模擬IC器件的應用；3、掌握測量電路的設計方法；4、培養綜合應用所學知識來指導實踐的能力 1.2 課程設計的任務應用集成運放和WZB(BA2)型鉑電阻設計測溫電路，測溫范圍為0500。0時，WZB型鉑電阻的阻值R0為100。要求測溫電路具有溫度補償功能，測溫誤差±5%。2.課程設計的要求及技術指標 2.1課程設計的要求通過設計了解如何運用電子技術來實現溫度測量和控

12、制任務，完成溫度測量和控制電路的連接和調試，學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析電路設計、調試方面問題和解決問題的能力。 2.2課程設計的技術指標1、設計、組裝、調試； 2、溫度測量范圍：0500；3、測量溫度誤差±5； 4、輸出電壓：05V；5、非線性誤差：±0.5；6、具有溫度補償功能；3.總方案及原理框圖3.1 總方案應用集成運放和WZB(BA2)型鉑電阻設計測溫電路，測溫范圍為0500。0時，WZB型鉑電阻的阻值R0為100。要求測溫電路具有溫度補償功能，測溫誤差±5%。測量電路由基準電壓電路，鉑電阻溫度傳感器構成的轉

13、換電路，反相加法器，取樣電路等主電路組成。由MAX876提供穩壓源，OP07作為運放構成反向放大器、反向加法器，為了實現溫度補償和非線性補償功能，在鉑電阻溫度傳感器構成的轉換電路輸出端取樣，經過反相放大器，輸入轉換電路，同時在基準電壓的輸出端取樣電路2采樣信號輸入反相加法器。實現補償功能。（采樣電路見下原理框圖）3.2原理框圖 圖 31 4.電路各組成部分的工作原理 4.1穩壓電路工作原理： 圖41MAX876和電容C1構成穩壓電路，在外接電源的情況下輸出十伏穩壓電壓4.2 Pt溫度傳感器反向放大電路工作原理： 圖42利用Pt100溫度傳感器測量外界溫度，并將溫度信號轉換成電信號接入電路并反向

14、放大4.3 取樣電路1和反向放大器電路工作原理： 圖44通過調節Rp1并經過反向放大電路接入到Pt溫度傳感器反向放大電路的反向輸入端可用于改善鉑電阻Pt100的線性。 4.4 取樣電路2的工作原理： 圖45 圖示45中線路12所示，穩壓電路的輸入端通過取樣電路2加載到反向加法器，通過調節Rp2可對電路進行調零和溫度補償；4.5 反向加法器 圖46反向加法器將溫度傳感器測得的溫度信號和經過調零的取樣信號整合疊加送到輸出端4.6 總電路圖 圖 475 電路的設計、電路各部分工作特性及元件的作用5.1 電路的設計 傳感器采用鉑電阻的測試溫度測量電路，基準電壓Vi采用MAX876和0.1uf的電容，獲

15、得10V的基準電壓，流經Pt100中電流為5MA。因Vo1輸出負電壓，后接反相器低漂移運放OP07 IC3A，輸出為0-5V，OP07 IC2A作用是正反饋，因此，為改善鉑電阻的線性，需RP1調線性，RP2調零，PR4調測溫度范圍，此電路接入數字表就能作為測溫儀表，經AD轉換器接入微機可構成微機溫度監控系統。5.2 電路參數的計算圖51如圖51選擇Ui、IC1、IC2、IC3。Ui為基準電壓一般Ui=10V，電路圖如圖51中的由IC1組成的電路。ICl、IC2、IC3選擇7FOP07型集成運放，電源電壓取±15V。選擇Rl、R2、R4、R5。a.選擇R1。取I<5mA，令I=2

16、.5mA，則R1=UiI=10/(2.5×103)=5k，取系列值4kb.選擇R2、R4、R5。因R1=4k，取R2=R1=4k。IC2為反相器，取R4= R5=10k。選擇R3、RP1。a.計算有關參數。250時，鉑電阻的實際阻值Rs為Rs=R0（1+0t0t2)=100(1+3.96847×103×2505.847×107×2502)=195.557250時，鉑電阻的線性阻值Rx為Rx= R0（1+0t) =100(1+3.96847×103×250)=199.212250時，ICl輸出電壓的實際值U1s為U1s=UiR

17、sR1=10×195.557(4×103)=0.48889V250時，ICl線性化后的輸出電壓U1x為U1x=UiRxR1=10×199.212(4×103)=0.4980V250時，補償電壓U1bc為Ulbc=U1xU1s=0.4980（0.4889）=0.0091V因U1bc=UfRsR2，則反饋電壓Uf=U1bcR2Rs=0.0091×4×103195.557=0.1861V。b選擇R3、RP1。因Uf=（RPlR2)U1x(R3+RPl)，故R3+ RPl=U1x(Uf)(RPl2)，則R3+RP1=(0.49800.1861

18、)(RPl2)=1.3380RP1R3=0.3380RPl，取RPl=10k，則R3=0.3380×10=3.380k，取系列值4k。選擇R6、RP2。因UA=-UiR0R1=-10×1004×103=0.25V，又因UA=Ui(RP22)(R6+RP2)，則R6+RP2=(UiUA)(RP22)=(100.25)(RP22)=20RP2，R6=19RP2取RP2=2k，R6=19×2=38k，取系列值38k。選擇R7、R8、R9、RP3。R7、R8均為IC3反相求和輸入電阻，取R7=R8=10k。500時，鉑電阻的線性阻值R5x=R0（1+0t)=10

19、0(1+3.96847×103×500)=298.42。500時，ICl的線性輸出電壓U1x=UiR5xR1=10×298.42(4×103)=0.7460V。500時，IC3的輸出電壓Uo應為5V，即Uo=R9+(RP32)U1xR7R9+(RP32)UAR8因R7=R8，則Uo=R9+(RP32)R8(U1x+UA)R9+(RP32)=UoR8(U1x+UA)=5×10×103(0.7460+0.25)=100.81k取R9=80k，RP3=2(100.8180)=41.62k，取系列值41k。上面是理論計算，調試時尚需通過RP1

20、，調整補償電壓以滿足誤差要求。5.3 電路各部分工作特性及元件的應用 OP07的功能介紹：OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP07A最大為25V），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。特點：超低偏移： 150V最大 。低輸入偏置電流： 1.8nA 。低失調電壓

21、漂移： 0.5V/ 。超穩定，時間： 2V/month最大高電源電壓范圍： ±3V至±22V. Pt100設計原理:Pt100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。Pt后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業原理：當Pt100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。   REF102及其應用:REF102是高精度10V電壓基準集成電路。經激光調校后其溫漂在工業溫度范圍內低至2.5ppm/，而在軍品溫度范圍內也可達到5

22、ppm/。由于 REF102無需外加恒溫裝置，因而功耗低、升溫快、穩定性好、噪聲低。 REF102的輸出電壓幾乎不隨供電電源電壓及負載變化。通過調整外接電阻，輸出電壓的穩定性及溫度漂移可降到最校11.4V至36V的單電源供電電壓及優異的全面性能使 REF102成為儀器、A/D、D/A及高精度直流電源應用的理想選擇。REF102的特點:高精度輸出：+10V 0.0025V;超低溫度漂移：2.5ppm/；高穩定性：5ppm/1000小時（典型值）；高負載調整率：1ppm/V，10ppm/mA；寬供電電壓范圍：11.4VDC至36VDC；低靜態電流：1.4mA

23、6 電路安裝調試步驟及方法 圖61 1）按照總接線電路圖，焊接好電路板 2）將運放OP07對應管腳分別接上+15V、-15V電壓以及接地，電路其余要接地部分也接地，檢查線路 3）在MAX876輸入端外接10V的電壓，用電壓表測量Vi端電壓（MAX876 6腳電壓），調節RP4使Vi端電壓為10V 4）斷開R7和R8與反相放大器的連接（圖61中箭頭處），調節RP2使得箭頭處的輸出電壓為0 5）再將R7、R8與后面的反相器連接，調節RP1、RP3使輸出端輸出電壓Vo為零 6）用電熱水壺將水燒開，將溫度計插入，等水溫升至100（實際98），將Pt100放至熱水中，記下此時的電壓值，然后讓水開始冷卻，

24、測下水溫在10020對應的電壓值的變化，每隔4測量并記錄一次。 7）調節線性電阻RP1，重復步驟6，再測另外一組數據7 實驗結果分析7.1實驗記錄及圖像表示第一組： 第二組：溫度電壓981.9011941.8423901.7541861.6923821.6001781.5288741.4587701.3606661.2804621.2095581.1478541.0638501.0523460.9317420.8358380.7321340.6401300.5622260.5107溫度電壓981.9611941.8823901.7241861.6423821.5501781.5008741.4

25、587701.4006661.2404621.2005581.1378541.0738501.0523460.9017420.8308380.7421340.6001300.5622260.5307 第一組圖像：第二組圖像：7.2 誤差分析 （1）鉑電阻非線性影響。（2）鉑電阻自熱效應影響。流過鉑電阻的電流越大，輸出電壓越大，靈敏度越高。但鉑電阻自熱效應產生的誤差越大。 （3）感溫元件插入深度影響。如果測溫元件插入深度不夠，熱量沿套管向外界傳導，會造成測溫元件與被測介質的溫度不同。 （4）導線電阻影響。鉑電阻阻值小，受引線電阻影響大。當采用二線制時，引線電阻阻直接串聯于鉑電阻兩側。三線可以減小

26、引線電阻影響。8 改進意見、收獲、體會與總結 為期兩周的測控電路及傳感器課程設計以及實習已經結束了，在這兩周的時間內，通過查閱各種相關資料，設計電路，計算電路參數，到焊接電路板以及最后的調試電路，我們有了不少的收獲與心得。 首先查閱資料是很重要的一個環節，我們要去了解元器件的功能，它能干什么，在電路中起什么作用，它的工作特性、引腳圖等等。只有了解清楚了，我們才能進行電路的設計，否則一切都是空談，在進行電路設計之前一定要把資料查清楚，磨刀不誤砍柴工。 焊接電路時并沒有遇到什么問題，畢竟我們組有四個人，我們將接線圖反復檢查了之后再進行焊接，焊的時候同時檢查電路有沒有焊錯，有沒有斷線之類的情況，所以最后電路