温度的测量与控制(电子设计大赛培训).ppt

温度的测量与控制 ---湖南省大学生电子设计大赛试题（2012） 怀化学院电子设计大赛培训内容 李晓帆 2013-07-19 任务 设计并制作一套能在30℃~80℃范围内实现温度测量和控制的电路系统。系统中采用20Ω/30W的空心瓷管电阻（或水泥电阻）做为电热元件，用直流稳压电源（30V/2A）做为供电电源，用PT100做为温度传感器。 基本要求 （1）设计一个温度测量电路，其输出电压能随电热元件温度的变化而变化；记录温度在30℃~80℃范围内每变化5℃对应的模拟电压量（填写表1）； （2）以数字方式显示温度值； （3）先将电热元件稳定地控制在40℃（保持至少1分钟）；然后快速升温至60℃，并将温度稳定地控制在60℃（保持至少2分钟）；并分别用LED指示灯指示升温中、温度达到40℃和温度达到60℃。 发挥部分 （1）可以将电热元件温度稳定地控制在30℃~80℃之间的任一指定温度值，温度值可以设定；尽量减短升温时间，减小温度起伏； （2）从40℃升温至60℃的时间可设置，并尽量保持保持匀速升温； （3）自由发挥。 温度电压对照表 说明 1.以具有测温功能的万用表作为标准温度计。 2.竞赛和测试都使用学生配给的仪器设备。 3.竞赛系统和万用表的测温传感器可以贴近粘贴在电热元件上。 4.为缩短测试周期，正式测试前可用风扇等强制降温方法，将电热元件的温度保持在较低温度的状态；尽量在两个升温过程中完成所有参数的测试，可以两组交替测试。 分析 温度范围：30℃~80℃ 20Ω/30W的空心瓷管电阻 ：加热器（滑动变阻器） PT100：温度传感器 （了解PT100 ） 20Ω/30W ，直流稳压电源（30V/2A）：控制部分电源30V，滑动变阻器20Ω，电流为1.5A，最大电流2A 温度的测量与控制：控制为闭环，测量（信号采集）→数据分析与处理（微处理器）→控制（执行） PT100 PT100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 正温度系数 温度与阻值线性变化 精确测量需测定 注意电阻的变化范围：100Ω~138.5Ω 分度表 应用范围 医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。 要求分析 设计一个温度测量电路，其输出电压能随电热元件温度的变化而变化；记录温度在30℃~80℃范围内每变化5℃对应的模拟电压量 测量电路 在30℃~80℃范围内每变化5℃对应的模拟电压量 PT100分度表： PT100非一致，有误差，温度电压对照表 即分度表 以数字方式显示温度值 要求数字显示，可考虑微处理器 先将电热元件稳定地控制在40℃（保持至少1分钟）；然后快速升温至60℃，并将温度稳定地控制在60℃（保持至少2分钟）；并分别用LED指示灯指示升温中、温度达到40℃和温度达到60℃。 电热元件稳定地控制在40℃：控制，加热（温升），风扇（温降） 温度为慢变信号 稳定：选择加热和降温方式 显示3种状态：升温中，达到40℃和温度达到60℃ 快速升温，保持至少1分钟，保持至少2分钟：控制方式 问题：控制对象是什么？空气还是水？ 可以将电热元件温度稳定地控制在30℃~80℃之间的任一指定温度值，温度值可以设定；尽量减短升温时间，减小温度起伏； 指定温度：有设置功能 时间段，起伏小：控制方式 控制效果取决于：控制对象、控制方式、执行单元 从40℃升温至60℃的时间可设置，并尽量保持保持匀速升温； 时间设定：实时控制；控制对象、控制方式和执行单元能匹配 没定义控制对象 自由发挥 更多功能：界面控制，精度高，适应性强（不同温度传感器、不同控制对象）等 切忌：画蛇添足，考虑设计成本和系统复杂性 简单，满足要求 设计方案 系统框图 温度测量（采集） 温度测量与采集的方式多种。 惠斯顿电桥 学生设计方案1： 设计的框图 控制的方框图 温度采集电路 采用惠斯顿电桥测温电路，R1,R2，Pt100，R3构成测量电桥并且用基准源为压块驱动电桥(其中R1=R2，R3为100欧姆的精密电阻)当Pt100 的电阻值和R3是的电阻值不相等时，电桥输出一个毫伏级的压差信号。即将电阻的变化转化成电压的变化。 温度测量电路 差模放大电路 00 推算 放大倍数的计算： iR7=(u1-u2)/R7 uo1-uo2=iR7(R6+R7+R8) = (u1-u2)(R6+R7+R8)/R7 当R9=R10,R11=R13时 uo=-R11/R9(u