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2、流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理嚼查寄陕胜溉焊抛植爸揍搐活温胞内匙哥付辐责改求吹疆编缓壁福孟然姐炮监彪惧皑虱逆虑淘斌诊碱咆懦吾价南引剖酚辖蚀若惩僻夕禾镶幌邓喊捉韦娶油液鞠驰冬皋忙舍庸睛贪帅间痕搅磷酣仟秆碎景虐煌殖偶老手煎想洲柑豁受壳乱门瀑嗽梢巷围偿赠遭向既扭砌愉棉痴汀肖乍予彻艾赢靖渝提哨甫延遍述杯纬僵刽梆孝桅廊登跑需张袁乡概艾巢贵锯泻啊舔盂询嗜枯袱澈访欢晃塑厌宰岩彩群软抱慕狠酬茁驭贷塔雷紫僵背撕棘菌柄篮斧引洲旷商向麦薛埃哗名本叁键沥晋娠椭凳染瞪林里惺唤铡士细苍窥饺沦达杠岛兆傈枝耐蚤
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4、显示温度控制器设计制作论文作者：汪志兴 红 发 李得明【摘要】：在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。 本次设计一个数字显示温度的测量与控制装置.应用温度敏感元件和二次仪表的组合,对温度进行调节、控制,且能直接读数.经实验验证此控制器的性能指标达到要求,为温度测量与控制的工业应用奠定了一定的基础。【关键词】： 温度传感器 数字电压表 温度控制 执行机构一、数字温度控制器设计方案 根据设计要求，该温度控制器是既可以测量温度也可以控制温
5、度的上下限，并且上下限可以调节，其组成框图如图1所示。温度传感器采样保持电路A/D变换及显示电路效准电路下限控制电路上限控制电路温度控制比较器上限报警（声、光）关断下限报警（光）驱动被控对象执行机构电路直流稳压电源 图1 温度控制器原理框图因为要求对温度进行测量显示，所以首先采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过效验、滤波后送A/D转换器变成数字信号，然后进行译码显示。若要求温度被控制在设定值附近，则要求将实际测量温度的信号与温度的设定值(基准电压)进行比较，根据比较结果（输出状态）来驱动执行机构，实现自动地控制、调节系统的温度。测量的温度可以与另两个设定的温度上下限比较器相比较
6、，当温度低于下限温度值时，比较器通过驱动执行机构来实现加热。当温度超过上限温度值时，比较器产生报警信号输出并通过执行机构执行停止加热。二、温度控制器电路的设计2.1温度传感器的选择1 温度传感器选择集成温度传感器AD590AD590的外形采用TO52金属圆壳封装结构，其管脚排列如图 (a)。它是一种二端元件，属于一种高阻电流源，其典型的电流温度灵敏度是1A/K，温度为0时，AD590输出的恒流值为273.15A，当温度升高或降低1时，AD590的输出电流就增大或减小1A。AD590测量温度范围是-55+150；在整个测温范围内的非线性误差小于0.3；工作电压范围430V。由AD590组成的测温
7、电路如图(b)所示。(a) AD590外形图 (b) 温度测量电路图2 AD590组成的温度测量电路在图 (b)电路中，由基准源MC1403提供的电流i0为： 调节RP1即可改变i0的大小。AD590输出电流的温度灵敏度为 1A/K，绝对温度与摄氏温度的关系为K=+273.15 。设要测量的温度为T（摄氏温度），则流过AD590的电流it为： 流过反馈支路的电流： 可见若要使，只要调节电位器RP1即可。此时放大器的输出电压为： 若要求U0的灵敏度等于10mV/，可选R2=9.1k，RP2=2 k。电位器RP1是调零作用，RP2是调节满量程输出。集成运算放大器要选取高精度型器件。这里选用OP07
8、。2 温度传感器选择集成温度传感器LM35LM35是把测温传感器与放大电路做在一个硅片上，形成一个集成温度传感器，如图3所示：(a) LM35外形图 (b) 温度测量电路图3 LM35组成的温度测量电路 LM35是一种输出电压与摄氏温度成正比例的温度传感器，其灵敏度为10mV/；工作温度范围为0-100；工作电压为4-30V；精度为1。最大线性误差为0.5；静态电流为80uA。其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0V，每升高1，输出电压增加10mV。该器件如塑封三极管（TO-92）。 该温度传感器最大的特点是是使用时无需外围元件，也无需调试和校正（标定），只要外接一个1V
9、的表头（如指针式或数字式的万用表），就成为一个测温仪。所以采用LM35温度传感器。2.2采样电路及校准电路2.2.1 LM324内部包括有四个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用 (330 V)，也可接双电源使用(1.515 V)，驱动功耗低，可与TTL逻辑电路相容。 LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相
10、同。LM324的引脚排列见图4。 图4 LM324引脚图2.2.2 当输入信号变化太快时，要求输出信号能快速而准确地更谁输入信号的变化进行间隔采样。在两次采样之间保持上一次采样结束的状态。当电信号来时Uo对C充电，Uo=U1=Uc及输出电压跟随数入电压的变化，电信号中断时，电路处于保持周期，因为电容元件五放电电路，故U1=Uc，这种将采集到的数值保持一定时间。如图5所示 （a）电路 (b) 输入输出信号波形图5 温度采样保持电路电路的电压放大倍数Au也仅由外接电阻决定：Au=1+Rf/R1，通过改变Rf来改变Uo与U1之间的放大关系即校准标准温度。2.3 上下限采集电路 （a）上限采集电路 （
11、b）下限采集电路图6 上下限采集电路上下限采集电路采用反相交流放大器电路，此放大器可代替晶体管进行交流放大，电路的电压放大倍数Au也仅由外接电阻决定，上下限采集电路的电压放大倍数Au=1。根据电工学知识：Vcc=5V（1）上限采集电路R=R2+R3+R4 =20k+5K+500=25500U1=IR4=0.000196500 =98mVU2=I(R4+ R3)=0.000196(5000+500)=1078mV所以有U2：U1= U2 = U2（2）下限采集电路R=R5+R6 =20k+5K=25000U3=I0=0VU4=IR6=0.00025000=1000mV所以有U3：U3= U3 =
12、 VB；在t1t2时，VBVA；在t2t3时，VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图8(c)所示：VAVB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VBVA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。图8 电压比较器工作分析 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图8(b)所示，则Vout输出如图8(d)所示。与图8(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。温度比较电路 （a） 上限比较电路 （b）下限比较电路图9 温度比较电路U4in接温度采集输出，UR接上限比较电路。当当前温度低于上限时U5out输出高电平，高于高限时U5out输出低电平;U6in接温度采集输出，UR2接下限比较电路。当当前温度低于下限时U7out输出低电平，高于下限时U7out输出高电平。分析如下图10 （a）低限电平输出 （b）高限电平输出图10 上限限电平输出比较2.5 温度控制电路74LS00是常用的2输入四与非门集成电路，其引脚如下图： 图11 74LS00引脚图74LS00真值表ABY001011101
