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《大学生电子竞赛设计与实践》.ppt

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温度/角度/速度等参数监控系统 分析与设计,安徽工业大学电气信息学院,www.themegallery.com,LOGO,Contents,传感器分析,原则竞赛中使用的传感器一般都是通用、廉价的普通传感器,通过它们把自然界中的一些模拟量反映到电路中加以控制和展示。,温度及其检测技术,许多物理现象和化学性质都与温度有关,许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度和控制温度。温度测量的场合极其广泛, 随着科学技术的进步,使得测温技术迅速发展,如测温范围不断拓宽,测温精度不断提高,新的测温传感器不断出现。温度传感器的选择,要根据测温范围、精度以及性价比等因素合理选择。,热电偶,热电偶的测温原理基于热电效应:将两种不同的导体A和B连成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势EAB(T,T0),热电势和被测温度之间为非线性对应关系,并受参考点温度影响。 热电偶测温的特点是测温范围宽,测量精度高,性能稳定,结构简单,且动态响应较好;输出直接为电信号,可以远传,便于集中检测和自动控制。,热电偶,薄膜热电偶由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶优点:热容量小,动态响应快,可用于微小面积上温度测量, 或快速变化的物体表面温度测量测温范围:-200~300 ℃,热电阻,金属热电阻 (热电阻) & 半导体热电阻 (热敏电阻)热电阻 电阻的热效应:利用金属电阻随温度变化的规律进行测量 测温范围:-200~850℃ 材料要求: 电阻温度系数要大:电阻率尽可能大,热容量要小 测量范围内,应具有稳定的物理和化学性能;电阻与温度的关系最好接近于线性;应有良好的可加工性,且价格便宜。 骨架材料的体膨胀系数要小,机械强度和绝缘性能良好,耐高温腐蚀(云母、石英、陶瓷、玻璃和塑料等),热电阻,标准热电阻 铂电阻:测温范围广、体积小,价格较高测温范围:-200~850 C ;Rt=R0(1+At+Bt2); 当-200~0 CRt=R0[1+At+Bt2 +Ct3(t-100)]; 当0~850 C 温度升高,阻值增加。分度号: Pt10, Pt100 铜电阻:线性好,价格低,但体积大,热响应慢测温范围:-50~150 C ;Rt=R0(1+t);近似线性;分度号: Cu50, Cu100,温度0℃时的电阻值,下标:0 ℃的电阻值,热电阻,,热敏电阻,用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的测温敏感元件 有正温度系数、负温度系数、 临界温度系数三种 优点:α值一般为金属热电阻的十几倍,灵敏度高;阻值高,引线电阻可忽略;结构简单,响应快;价格便宜。 缺点:互换性差,稳定性不好。在精度要求不高或作为温度开关 元件时推荐使用,热电阻温度计,热敏电阻结构形式,半导体温度检测技术,PN结测温原理,PN结的伏安特性可用下式表示:,,,当,时,上式可表示为,,则,,由此可见,只要通过PN结上的正向电流I保持恒定,PN结上的正向压降U与温度T的线性关系只受反向饱和电流IS的影响。,IS是温度的缓变函数,选择合适的参杂浓度,就可认为在一定的温度范围内,IS近似常数,因此,正向压降U与温度T的线性关系,,以上分析的是PN结温度传感器的基本原理。,半导体温度检测技术,1. 集成温度传感器的构成原理,,集成温度传感器的信号输出方式,1)电压输出型,2)电流输出型,集成温度传感器AD590,线性电流输出:正比于热力学温度。 宽温度范围:-55~+150℃。 精度高:激光校准精度到±0.5℃(AD590M)。 线性好:满量程范围±0.3℃(AD590M)。 电源范围宽:+4~+30V,器件反接也不会被损坏 。,AD590可串联工作也可并联工作,如图所示。将几个AD590单元串联使用时,显示的是几个被测温度中的最低温度;而将其并联可获得被测温度的平均值。,集成温度传感器AD590,(a) 串联 (b) 并联 AD590串并联使用,集成温度传感器LM35,LM35是电压输出型集成温度传感器,该传感器有TO—46和TO—92两种封装。,等效电路及封装形式,LM35单电源测温 LM35 +2~+150℃测温 LM35满程测温,图1采用LM35构成的单电源温度传感器电路,UO为温度相应的输出电压。图2是采用LM35构成+2~+150℃温度传感器电路。图3是采用LM35构成的满程摄氏温度计,输出UO=+1500 mV相当于+150℃、UO=+250mV相当于+25℃、UO=-550 mV相当于-55℃。,数字温度传感器DS18B20,在传统的模拟信号远距离温度测量系统中,需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题,才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣,各种干扰信号较强
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