现代测控电路课堂作业
题目： 温度测控电路
学院（系）： 电气工程学院 专业班级： 11级生物医学工程2班 学 号： 110103040036 学生姓名： 胡 伟 任课教师： 赵 勇
目 录
第1章 引言 …………………………………………………………………3
1.1温度测量系统的简介……………………………………………………3
第2章 温度测量仪的电路设计 ……………………………………………3
2.1 温度测量仪总体框图 …………………………………………………3
2.2 AD590集成温度传感器………………………………………………4
2.3 K—℃变换器…………………………………………………………5
2.4 放大器…………………………………………………………………6
2.5 比较器 ………………………………………………………………7
2.6 报警电路设计…………………………………………………………7
2.7 电路原理图……………………………………………………………8
第3章 仿真与制作 ………………………………………………………9
3.1 电路的仿真……………………………………………………………9
3.2 仿真结果及其分析……………………………………………………10
第4章 总结………………………………………………………………11
附录 元件清单……………………………………………………………11
参考文献…………………………………………………………………12
第1章 引言
1.1温度测量系统的简介
生活中有很多需要温度测量的地方比如热水器、电冰箱等温度测量系统就是必不可少的。它包括了温度传感器、放大器、
比较器、电阻、模拟电路实验箱、发光二极管、蜂鸣器等等。其中温度传感器是一个热敏电阻，它通过感知温度的变化来改变电路中电流的大小，并影响电路中二极管和蜂鸣器中所通过的电流，使其产生变化。而后通过multisim软件仿真的实现来使二极管发光以及使蜂鸣器报警，从而来实现温度预警。 温度的测量是生产生活中时常需要的工作，进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器测温系统等高科技的方向迅速发展。
Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
第2章 温度测量仪的电路设计
2.1 温度测量仪总体框图
使用温度测量仪，首先经过AD590集成温度传感器的作用，使外界温度转换为电流用表示。因为上述为绝对温度K和电流之间的转换关系，而在设计中我们需要采用℃，所以我们必须使其转换成摄氏温度℃和电流之间的关系，这就要用到K—℃变换器。通过K—℃变换器的作用，我们便得到想要的℃和电流之间的直接转换关系。得到的电流再经过放大器的放大，即可直接用电压表读出被测对象的温度值。然后放大后的电压接一比较器，比较器的输出端接报警设备。报警设备可由一个发光二极管组成。在设置了预警温度后，由比较器输出端的电压决定二极管是否发光，从而起到警报作用。基本原理图如图2.1.1所示。
被测对象 K—℃变换 放大 电压表 报警设备 比较器
图2.1.1温度测量仪原理框图
2.2 AD590集成温度传感器
AD590是利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在5～15V之间变化，其电流只是在1μA以下作微小变化.
1、流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数。
2、 可测量范围-55℃至150℃. 3、 供电电压范围+4V至+30V.
AD590集成温度传感器进行温度～电流转换。它是一种电流型二端器件，其内部已作修正，具有良好的互换性和线性。有消除电源波动的特性。输出阻抗达10MΩ，转换当量为1A/K。器件采用B－1型金属壳封装。
温度—电压变换电路如图2.2.2所示。由图可得：
由 U1UO1uA/KRR106/K （R一般取10KΩ） 所以U110mV/K。
图2.2.1 AD590原件符号
图2.2.2 温度——电压转换电路
2.3
K—℃变换器
因为AD590的温控电流值是对应绝对温度K，而在设计中需要采用℃，由运放组成的加法器可以实现这一转换，参考电路如下图2.3
图2.3 K—℃变换电路
设流经R2,R1,R3的电流分别为 i1,i2,i3 对图2.3的反相输入节点可列出下面的方程： i1i2i3 由此得
U1URU2 ( 2.3.1 ) R1R2R3若 R1R2R3 （实际应用中可取
R1=R2=R3=5 KΩ）
而 R'R1//R2//R3 计算得 R'1.67K 则式 ( 2.3.1 )可变为
U2URU1 （ 2.3.2 )
元件参数的确定和－UR选取的指导思想是：0℃（即273K）时，U2 = 0 V 综合式（2.2.1），可得
UR2.73V。 ( 2.3.3 )
2.4
放大器
图2.4 反相比例放大器
设流经R4，R6的电流分别为i4，i6。 由虚断的概念可知，i4=i6， 所以得出:
R6U3 （2.4.1） R4U2为了提供一个合适的静态偏置，以及减小输入级偏置电流引起的运算误差，故在其同向端接入一个平衡电阻
R5R4//R6 ( 2.4.2 )
要使U3满足100mV/℃， 又因为 U2=10mV/℃， 由式（2.4.1）可得 R6U310 R4U2
所以我们可取R45K R650K R54.5K
2.5 比较器
电压比较器是集成运放非线性应用电路,常用于各种电子设备中.它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。
2.5.1 电压比较器
由电压比较器组成，如图2.5所示。Uref为报警时温度设定电压5V，R7,R8用于稳定输入电压。R9用于改善比较器的迟滞特性，R10用于报警设备的输入电阻，用来控制输入电流的大小。这些电阻决定了系统的精度。
由比较器的虚短和虚断概念得
UrefU3U3U4 （2.5.1） R8R9经过调试，可取R750 R850 R910K 2.6报警电路设计
发光二极管为其核心设备,其发热量小，耗电量也少。由低压电源供给，供电电压大大约为6-24 V之间。当U3的值小于Uref的值时，U4输出为低电平，三极管截止，发光二极管无响应。当U4的电压值大于Uref时，U4输出为高电平，三极管导通，此时发光二极管发光，产生警报！
图2.6.1 发光二极管
图2.6.2 报警设备电路
2.7电路原理图
由上述各设计电路可得出如图2.7所示电路原理图。
图2.7 电路原理图
第3章 仿真与制作
3.1 电路的仿真
仿真电路如图3.1.1,3.1.2和3.1.3所示 其中，图3.1.1是温度未达警戒线50℃的仿真电路；图3.1.2是温度刚好为50℃的仿真电路；图3.1.3是温度超过警戒线50℃的仿真电路。
图3.1.1 27℃时
图3.1.2 50℃时
图3.1.3 60℃时
3.2 仿真结果及其分析
由图3.2.1 可以看出：当恒流源取300uA（300K）时，转化为温度是300-273=27℃，而U3的电压值大约为2.7V，即仿真所得的实际结果与理论相同。
由图3.2.2 可以看出：当恒流源取323uA（323K）时，转化为温度是323-273=50℃，而U3的电压值大约为5V，即仿真所得的实际结果与理论相同。
由图3.2.2 可以看出：当恒流源取333uA（333K）时，转化为温度是333-273=60℃，而U3的电压值大约为6.0V，即仿真所得的实际结果与理论相同。所以，仿真成功，可以通过此装置测得温度。
第4章 总结
此温度测量电路课程设计让我解和认识得到了多方面的锻炼。一方面我对模拟电子技术专业知识有了进一步的掌握并熟悉了更多电子仪器的使用方法，掌握电子电路的测试方法，了解常用电子器件的类型和特性，同时掌握如何合理选用电子器件的原则。应用知识更为得新应手，熟练自如。有了更多对模拟电子技术综合性训练的机会。也通过multisim软件模拟电子电路设计、安装、调试等各环节，培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，地解决实际问题的能力。另一方面对于动手能力的培养和敏捷思维方式的形成起到很大的作用。设计一个电路首先要有合理的原理，再有合理的原理图，对于大型的电路还要注意分层分块的完成然后系统连接。在以后的工作中对于我们的实践训练这是很重要的。再一方面电子电路的安装与调试技能培养了我的创新能力和对治学要严谨的态度。
经过为期一个星期的课程设计让我的身心也得到了改善，自身素质也有所提高，而且通过与其他人的交流，也让我明白我还有很多不足，在今后的道路上我将尽我最大可能弥补这些不足，这次的课程设计是成功的，通过这次的课程设计使，我们对此门课程有了更深的了解，也让我获益良多。
实验元件 普通二级管 稳压管 发光二极管 三极管 运算放大器 电阻 附录 元件清单
型号 20ETS1 2CW17 LED1 S9015 UA741CP 10kΩ 2.4kΩ 1kΩ 0.2kΩ 100KΩ 数量 1 2 1 1 4 9 1 1 2 2 电位器 直流源 电压表
68KΩ 12V 万用表 2 1 2 参考文献
[1]康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）．高等教育出版社 [2] 李刚.现代测控电路.高等教育出版社.
[3] 程勇.实例讲解Multisim 10电路仿真.人民邮电出版社. [4]郭照南．电子技术基础实验与仿真．中南大学出版社
