传感器原理及工程应用课程设计--温度报警器设计

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1、 传感器原理及工程应用课程设计 题目：温度报警器设计 院系：物理与电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 年级：2011 级 班级：电气自动化 1 班 学号： 姓名： 温度报警器 摘要：摘要： 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。适用于初始温度20，升高到某一程度报警的系统。 引言：引言： 温度报警器在现实生活中具有广泛的应用。 使用温度报警器可以检测发动机 水温，在温度超过设定温度时发出蜂鸣警报，有效防止发动机过热。温度报警器 也可以用于测量计算机显卡温度，如果显

2、卡具有温度报警功能，不仅方便日常使 用，而且在显卡超频过程中，能大大提高安全性，避免因不能及时获悉显卡的温 度而导致黑屏。另外，温度报警器还可以控制厂房的温度，使厂房温度控制在所 要求的温度，避免出现危险。 1.1.方案设计方案设计： 1.1 热敏电阻的选用 根据半导体的电阻-温度特性，热敏电阻可分为三类：即负温度系数（NTC） 热敏电阻、正温度系数（PTC）热敏电阻和临界温度系数（CTR）热敏电阻。本次 课程设计选用负温度系数热敏电阻，大多数热敏电阻具有负温度系数，其阻值与 温度的关系可表示为 RRT=R0exp(B/t-B/t0),式中 B 为热敏电阻的材料常数。 NTC 热敏电阻的电阻-

3、温度特性为：温度越高，阻值越小，且有岷县的非线 性。 NTC 热敏电阻具有很高的负温度电阻系数， 特别适用于-100300 oC 之间测温。 1.2 测量电路 热敏电阻把温度的变化转换为电阻相对变化R/R，要把电阻的变化转换成 电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。常用的有直流电桥测量电路，电 桥的输出电压为 U0=E(R1/(R1+R2)-R3/(R3+R4) 电桥平衡时 U0=0，即电桥无输出电压，根据上式则有 R1/R2=R3/R4 这就是电桥平衡条件，即相邻两臂电阻的比值相等。 2.2.测量电路的设计与计算测量电路的设计与计算 2.1 总体设计思路 辅助电源的种类：20 伏特直流稳

4、压电源、220 交流电源。 温度模拟信号 直流电源 放大比较电路 音频报警器 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。 2.2 工作原理 Rt 为热敏电阻，初始 Rt=R1=R2=R3=10k，电桥平衡，即 20时。R8 为分压 电阻。可通过 R6 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 R10

5、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。 2.3 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： 当 T=20 oC 时， Rt=10k,根据式 U0=E(R1/(R1+R2)-R3/(R3+R4) 此时输出电压 U0=0 伏，电桥处于平衡状态。 当 T=30 度时，Rt=8.313 k，此时 U0=-0.921 伏，根据此输出电压值设置比较 器的参考值。 2.4 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. 温度C 电阻值 K 温度C 电阻值 K -50 329.2 20 10 -30

6、111.3 30 8.313 -10 42.45 50 4.61 0 27.28 80 1.669 10 17.96 100 0.9735 由于测量的温度最小为 20，在 20时的热敏电阻的阻值为 10K，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 10K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 2.5 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 8.5K，移动 RT 到 8.5K，观察电压表 2 的读数，同时 调节 R6，使得电压表 3 的读数与 2 的相同。 2.6 报警电路图 R8 为分压电阻，避免继电器短路时烧毁电源及元器件。报警元件分别为蜂 鸣器，与 R8 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