传感器课程设计.pdf
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1、一寸光阴一寸金,寸金难买寸光阴。增广贤文忍一句,息一怒,饶一着,退一步。增广贤文目录 第一章 方案设计与论证.2 第一节 传感器的选择.2 第二节 方案论证.3 第三节 系统的工作原理.3 第四节 系统框图.4 第二章 硬件设计.4 第一节 PT100 传感器特性和测温原理.5 第二节 信号调理电路.6 第三节 恒流源电路的设计.6 第四节 TL431 简介.8 第三章 软件设计.9 第一节 软件的流程图.9 第二节 部分设计模块.10 总结.11 参考文献.11 丈夫志四方,有事先悬弧,焉能钧三江,终年守菰蒲。顾炎武百学须先立志。朱熹 第一章 方案设计与论证 第一节 传感器的选择 温度传感器
2、从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类,前者是让温度传感器直接与待测物体接触,而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离,检测从待测物体放射出的红外线,达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中,相比运用多的是接触式传感器,非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用,目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器,其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器,将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类,前者简称热电阻,后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等,它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳
3、定、良好的线性输出特性等,常用的热电阻如 PT100、PT1000 等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器,如DALLAS 公司 DS18B20,MAXIM 公司的 MAX6576、MAX6577,ADI 公司的 AD7416等,这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单,如 DS18B20 该温度传感器为单总线技术,MAXIM 公司的 2 种温度传感器一个为频率输出,一个为周期输出,其本质均为数字输出,而 ADI 公司的 AD7416 的数字接口则为近年也比较流行的I2C 总线,这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便,但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄,一般只有
4、-55+125,而且温度的测量精度都不高,好的才0.5,一般有2左右,因此在高精度的场合不太满足用户的需要。热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器,它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。志不强者智不达,言不信者行不果。墨翟百川东到海,何时复西归?少壮不尽力,老大徒伤悲。汉乐府长歌行常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱铑-铱、镍铁-镍铜、铜-康铜等,各种不同材料的热电偶使用在不同的测温范围场合。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。非接触式温度传感器主要是被测物体通过热辐射能量来反映物体温度的高低,这种
5、测温方法可避免与高温被测体接触,测温不破坏温度场,测温范围宽,精度高,反应速度快,既可测近距离小目标的温度,又可测远距离大面积目标的温度。目前运用受限的主要原因一是价格相对较贵,二是非接触式温度传感器的输出同样存在非线性的问题,而且其输出受与被测量物体的距离、环境温度等多种其它因素的影响。由于本设计的任务是要求测量的范围为 0100,测量的分辨率为0.1,综合价格以及后续的电路,决定采用线性度相对较好的 PT100 作为本课题的温度传感器,具体的型号为 WZP 型铂电阻,该传感器的测温范围从200650。具体在 0100的分度特性表见附录 A 所示。第二节 方案论证 温度测量的方案有很多种,可
6、以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。方案一:采用模拟分立元件 如电容、电感或晶体管等非线形元件,该方案设计电路简单易懂,操作简单,且价格便宜,但采用分立元件分散性大,不便于集成数字化,而且测量误差大。方案二:采用温度传感器 通过温度传感器采集温度信号,经信号放大器放大后,送到 A/D 转换芯片,将模拟量转化为数字量,通过 labview 显示。热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定,使用方便,测量范围为-200650,完全满足要求,考虑到铂电阻勿以恶小而为之,勿以善小而不为。刘备谋事在人,成事在天!增广贤文的测量精确度是最高的,所以我们
7、设计最终选择铂电阻 PT100 作为传感器。该方案采用热电阻 PT100 做为温度传感器、AD620 作为信号放大器,TLC2543 作为 A/D转换部件,对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。相对与方案一,在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升。在这里我选用方案二完成本次设计。第三节 系统的工作原理 测温的模拟电路是把当前 PT100 热电阻传感器的电阻值,转换为容易测量的电压值,经过放大器放大信号后送给虚拟仪器实验室的 PCI-6251 数据采集卡,再通过虚拟仪器把当前的电压值转变成温度 第四节 系统框图 本设计系统主要包括温度信号采集单元,数据处理单元,时间、温度显示单元。其中
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