温度报警器的设计课程设计

淮海工学院

课程设计报告书 课程名称:传感器原理课程设计

题 目: 热敏电阻温度报警器

系 (院): 测控技术与仪器系

学 期: 2011-2012-1

专业班级: 测控091

姓 名:

学 号: 报警器

目录

第一章 课题背景 ........................................................................................................................... 3

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第二章 元件介绍 ........................................................................................................................... 4

1.热敏电阻

2.继电器

3.电压比较器

第三章 方案论述

设计简介........................................................................................................ 5

设计方案的图表 ........................................................................................... 6

第四章 元器件清单及型号-----------------------------------------9

第五章 设计总结------------------------------------------------10

第六章 参考书目------------------------------------------------11

热敏电阻温度报警器

第一章 课题背景

1.1 引言

1.1.1 背景

温度是一个十分重要的物理量,对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高,人们也迫切需要检测与控制温度。

温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。日常生活中也可以见到,如电冰箱的自动制冷,空调器的自动控制等等。利用热敏电阻器制作一个温度报警器,可通过调节微调电位器的阻值,改变电压比较器正向输入端的参考电压,可以改变电路报警时的温度。

1.1.2 设计目的与意义

本文通过采用热敏电阻作为敏感元件的温度报警器的设计与制作,阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单,由温度控制部件和报警器两部分组成,可操作性强,应用广泛。工作时,温度测量范围为20℃~100℃。当温度达到预定值30度时,利用热敏电阻的特性,采集电压信号,驱动报警装置,立刻发出报警信号,从而防止因温度升高而带来的不必要的损失。

1.2 技术指标

(1) 温度测量范围20℃~+100℃。

(2) 测温分辨率不低于0.5℃。

(3) 温度大于30℃报警。

1.3 主要工作

1)根据指标设计温度控制报警电路。

2)完成设计的焊接以及调试工作

第二章:元件介绍

负温度系数热敏电阻

NTC负温度系数热敏电阻工作原理 NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料, 采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000

温度系数-2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面.

NTC负温度系数热敏电阻构成 NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料.该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数(NTC)的热敏电阻.其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化.现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料. NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷,具有负的温度系数,电阻值可近似表示为: 式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值,Bn为材料常数.陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性决定的.

继电器 继电器是一种电控制器件。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

器件简介

当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,继电器所控制的输出电路导通或断开。 输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。 继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。

电压比较器

电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。 电压比较器的功能:比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平,表示两个输入电压的大小关系): 当”+”输入端电压高于”-”输入端时,电压比较器输出为高电平; 当”+”输入端电压低于”-”输入端时,电压比较器输出为低电平; 可工作在线性工作区和非线性工作区。 工作在线性工作区时特点是虚短,虚断; 工作在非线性工作区时特点是跳变,虚断; 由于比较器的输出只有低电平和高电平两种状态,所以其中的集成运放常工作在非线性区。从电路结构上看,运放常处于开环状态,又是为了使比较器输出状态的转换更加快速,以提高响应速度,一半在电路中接入正反馈。

第三章:方案论述 3.1设计简介

结构图

根据传感器的原理构成和设计需要,各部分元件分别选用下列元器件:

测温电路由敏感元件、转换元件和测量电路构成,测量电路选用电桥,辅助电源选用直流电源。

敏感元件:负温度系数热敏电阻。

转换元件:负温度系数热敏电阻将温度转换成电量 。

测量电路的种类:电桥。电桥法方便、准确。

辅助电源的种类:20伏特直流稳压电源、220交流电源。

3.2 设计方案的图表;

1.测量回路

当温度变化时,Rt电阻阻值也随之变小,电桥对臂乘积不等,电桥不平衡.由于测量的温度最小为20℃,在20℃时的热敏电阻的阻值为10KΩ,本实验中用滑动变阻器的滑动代替热敏电阻温度的变化,当接入电阻是10KΩ时,电桥平衡。当温度升高时,电阻变小,相应的输出电压变大,输出电压有公式U。=V1((RT/(R1+RT)-(R3/(R3+R2))可以求的,再经放大器放大后送入到比较器的正端

2.比较电路

由放大之后的电压送到比较器的正端,由于要设定30℃为报警电路响,30℃时的热敏电阻的阻值约为8.5KΩ,移动RT到8.5KΩ,观察电压表2的读数,同时调节R7,使得电压表3的读数与2的相同

3 报警电路图

R9、R8为分压电阻,避免继电器短路时烧毁电源及元器件。声光报警元件分别为蜂鸣器、LED,与R9串联成报警回路。正常工作时,比较放大器信号送来后,继电器导通,报警回路被短路,当温度升高时,比较放大器输出高电平,继电器VD截止,报警回路导通,灯和铃导通,报警。

3.3 编写设计说明书

1)该传感器的技术性能和使用条件

该传感器可用于液体、气体、固体、固溶体和火灾报警等方面,使用简单方便。通常测量范围在20至100℃之间。这种测量电路精确可达0.1℃,感温时间至少10秒以下。适用于初始温度≥20℃,升高到某一程度报警的系统。

2)最后组成的原理框图

3)工作原理

Rt为热敏电阻,初始Rt=R1=R2=R3=10k,电桥平衡,即20℃时。 R9、R8、为分压电阻。可通过R7设置报警温度。当温度升高,Rt电阻阻值减小,从而电桥输出量随之变化. 输出量送入比较放大器进行比较,当其值大于比较放大器R8上电压时,比较放大器导通,继电器截止,报警回路由短路状态变为导通,灯和铃导通,报警成功。

4)报警温度的设置与计算

Rt为负温度系数热敏电阻,阻值变化如下:

温度°C

-50

-30

-10

10

5)误差分析

热敏电阻会有一定的时间延时,从而间接的影响了整个报警系统的灵敏和准确性能。 电阻值KΩ 温度°C 电阻值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.元器件清单及型号

5.设计总结

时间总是过得很快,经过一周的课程设计的学习,我已经自己能制作一个温度报警器了,兴奋是无法用言语表达的。

设计温度报警器这段时间也是我这一学期最忙的日子.本周必须完成模电的课程设计任务对我们来说,显得很重。为了尽快完成模电的课程设计,我一天也没歇息。相关知识缺乏给学习它带来很大困难,为了尽快掌握它的用法,我照着原理图学习视频一步一步做,终于知道了如何操作。

刚开始我借来了一份温度报警器的电路原理图,但离实际应用差距较大,有些器件很难找到,后来到网上搜索了一下相关内容,顺便到学校图书馆借相关书籍,经过不断比较与讨论,最终敲定了温度报警器的电路原理图,并且询问了兄弟班关于元器件的参数情况。

在做电路仿真时,我画好了电路原理图,修改好参数后,总是不行,无论我怎样修改都不行,后来请教同学,他们也遇到了同样的困惑。任何事情都不可能是一帆风顺的。

经过这段课程设计的日子,我发现从刚开始的Multisim到现在的Protel,不管是学习哪种软件,都给我留下了很深的印象。由于没有接触,开始学得很费力,但到后来就好了。在每次的课程设计中,遇到问题,最好的办法就是问别人,因为每个人掌握情况不一样,不可能做到处处都懂,发挥群众的力量,复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会,在很多时候,我遇到的困难或许别人之前就已遇到,向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。

尽管现在只是初步学会了温度报警器的设计,离真正掌握还有一定距离,但学习的这段日子确实令我收益匪浅,不仅因为它发生在特别的时间,更重要的是我又多掌握了一门新的技术,收获总是令人快乐,不是吗?

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作为一名测控技术与仪器的学生,我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的三年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面,如何去面对现实中的各种设计?如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?

我想做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中,我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。

为了让自己的设计更加完善,更加符合工艺标准,一次次翻阅各种放大器的书籍是十分必要的,同时也是必不可少的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处,虽然感觉理论上已经掌握,但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑,经过一番努力才得以解决。

通过这次设计,我懂得了学习的重要性,了解到理论知识与实践相结合的重要意义,学会了坚持、耐心和努力,这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。另外,课堂上也有部分知识不太清楚,于是我又不得不边学边用,时刻巩固所学知识,这也是我作本次课程设计的一大收获。整个设计我基本上还满意,由于水平有限,难免会有错误,还望老师批评指正。

参考文献

[1] 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用.北京:国防工业出版社,1999.8

[2] 李英顺. 现代传感检测技术. 北京:中国水利水电出版社, 2009.

[3] 何希才.传感器及其应用电路.北京:电子工业出版社


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