课程设计论文基于AD590温度计.doc
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1、 桂林电子科技大学(论文实训)用纸 第 15 页 共 15 页前言进入21世纪后,特别在我国加入WTO后,国内产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。例如纺织行业,温湿度是影响纺织品质量的重要因素,但纺织企业对温湿度的测控手段仍很粗糙,十分落后,绝大多数仍在使用干湿球湿度计,采用人工观测,人工调节阀门、风机的方法,其控制效果可想而知。制药行业里也基本如此。而在食品行业里,则基本上凭经验,很少有人使用湿度传感器。值得一提的是,随着农业向产业化发展,许多农民意识到必需摆脱落后的传统耕作、养殖方式,采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战,并打进国外市
2、场。各地建立了越来越多的新型温室大棚,种植反季节蔬菜,花卉;养殖业对环境的测控也日感迫切;调温冷库的大量兴建都给温湿度测控技术提供了广阔的市场。我国已引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室四十多座,自动化程度较高,成本也高。国内正在逐步消化吸收有关技术,一般先搞调温、调光照,控通风;第二步搞温湿度自动控制及CO2测控。此外,国家粮食储备工程的大量兴建,对温湿度测控技术提也提出了要求。 温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下,本
3、世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工
4、等部门的广泛应用和超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件,可用于测量1.6300K范围内的温度。目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感
5、器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。1 AD590的特性1.1 AD590的功能及特性AD590是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡,AD590的后缀以I,J,K,L,M表示。AD590L,AD590M一般用于精密温度测量电路,其电路外形如图1所示,它采用金属壳3 脚封装,其中1脚为电源正端V;2脚为电流输出端I0;3脚为管壳,一般不用。集成温度传感器的电路符号如图1.1所示。图1.1AD590的主特性参数如下:工作电压:430V;工作温度:55150;保存温度:65175;正向电压:44V;反向电压:20V;焊接温度(10秒):
6、300;灵敏度:1AK。1.2 AD590的工作原理在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它和530V的直流电源相连,并在输出端串接一个1k的恒值电阻,那么,此电阻上流过的电流将和被测温度成正比,此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。其基本电路如图1.2所示。图1.2图1-2是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用,可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等;T3、T4是感温用的晶体管,两个管的材质和工艺完全相同,但T3实质上是由n个晶体管并联而成,因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上,所
7、以R上端电压为UBE。因此,电流I1为:I1UBER(KTq)(lnn)R对于AD590,n8,这样,电路的总电流将与热力学温度T成正比,将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性,所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图1.3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻,该电阻已用激光修正了其电阻值,因而在基准温度下可得到1AK的I值。图1.3图1-3所示是AD590的内部电路,图中的T1T4相当于图3中的T1、T2,而T9, T11相当于图3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻,供出厂前调整之用。T7、T8,T10为对称的Wilson电路,用来
8、提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路,其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路,同时也可使左右两支路对称。R1,R2为发射极反馈电阻,可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接方式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9,T10,T11三者的发射极电流相等,并同为整个电路总电流I的13。T9和T11 的发射结面积比为8:1,T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上,因此可以写出:UBE(R62 R5)I3R6上只有T9的发射极电流,而R5上除了来自T10的发射极电流外,还有来自T11的发射极电流
9、,所以R5上的压降是R5的23.根据上式不难看出,要想改变UBE,可以在调整R5后再调整R6,而增大R5的效果和减小R6是一样的,其结果都会使UBE减小,不过,改变R5对UBE的影响更为显著,因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调,修正R6以实现细调,最终使其在250之下使总电流I达到1AK.1. 3 AD590在恒温中的应用 AD590不但实现了温度的电量测量,而且灵敏度高、反应时间短,因此可作为恒温控制电路的信号检测器。与目前大量使用的接点式水银温度计相比,它具有控温精度(温控在某点时的温度最大波动范围)高、体积小、无污染、使用方便等优点。恒温控制电路如图1-4所示。L
10、F356为电流电压转换器,LM311为电压比较器,R 、R力、R 和2DC此部分电路用以设置该控温电路的温度预定值ro。AD590输出的电流经15356后转换为一负电压(相对于接地点)输出 Va。比较器12311对Va 和vb进行比较,如果 va vb,则输出一恒定的正电压v0 ,三极管3DK4B导通,固体继电路J1接通。由于有电流通过,交流接触器r2的常开触点闭合,电热丝通电加热。AD590的温度T升高,I I增大。当TTo时,va vb,LM311的输出约等于零伏,3DK4B截止,J1断开,J2常开触点随之断开,电热丝停止加热, T下降。当Tvb电热丝再次通过电加热,从而达到恒温控制的目的
11、。2 LM358结构原理2.1 LM358内部结构及特点LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围较宽的单电源使用,也适合于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用包括传感放大器、直流增益模块和它所有可用的单电源供电的使用放大器的场合.LM358外部封装如图2.1所示:图2.12.2 负反馈放大电路使用LM358设计的负反馈放大电路,如图2.2所示的电路,信号从R3进入LM358的反相输入端,R6是反馈电阻,图中该电路的放大倍数为R6的阻值除以R3的阻值,即100k/10k=10,因此该电路的放大倍数为十倍,如果有1v的电
12、压从R3输入,经过LM358之后将得到10v的电压输出。使用者也可以根据自己的放大需求自行改变反馈参数,从而得出自己的放大要求。图 2.22.3 电压跟随器在一些电路设计中,电路的电流与电压都是存在的,如果改变一个元件上的阻值,于是在它两端的电压将发生改变,同时流过该元件的电流也相应的变化,我们有时候可能会用到对某一元件上电压的变化值,而不需要电流的变化。为了解决这一问题,我们使用到了电压给随器。LM358电压跟随器的电路简答,性能良好,只需要在反相输入端与输出端接一根线,如图2.3所示的电路,如果R7上的电压为1v,则输出端得电压也为1v,而且输出端的电压不会因为R7上的电流变化而产生变化。
13、图 2.33 L7107的原理及特性3.1 ICL7107的管脚排列 管脚1和26是ICL7107的正、负极。COM为模拟信号的公共端,简称模拟地,使用时应与IN、UREF端短接。TEST是测试端,该端经内部500电阻接数字电路的公共端(GND),因二者呈等电位,故亦称做数字地。该端有两个功能:作测试指示,将它接U时LCD显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段残缺现象;作为数字地供外部驱动器使用,来构成小数点及标志符的显示电路。a1g1、a2g2、a3g3、bc4分别为个位、十位、百位、千位的笔段驱动端,接至LCD的相应笔段电极。千位b、c段在LCD内部连通。当计数值N1999时显示器溢出
14、,仅千位显示“1”,其余位消隐,以此表示仪表超量程(过载溢出)。POL为负极性指示的驱动端。BP为LCD背面公共电极的驱动端,简称“背电极”。OSC1OSC3为时钟振荡器引出端,外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。UREF、UREF分别为基准电压的正、负端,利用片内UCOM之间的2.8V基准电压源进行分压后,可提供所需UREF值,亦可选外基准。CREF、CREF是外接基准电容端。IN、IN为模拟电压的正、负输入端。CAZ端接自动调零电容。BUF是缓冲放大器输出端,接积分电阻RINT。INT为积分器输出端,按积分电容CINT。需要说明,ICL7106的数字地(GND)并未引出,但可将测试端(
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