基于Pt100铂热电阻的温度检测器设计报告

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1、基于Pt100铂热电阻的简易温度测量器设计者：郭桂武一、设计任务与要求1．了解电子线路的应用；2．掌握基本的电子线路的设计过程及方法；3．设计一个温度测量电路可以实现对外界环境温度的检测；4．测量温度范围0°-70°；5．0-7V对应温度范围为0°-70°。可用万用表观察；6．温度传感器给定，采用Pt100热敏电阻；7．提供元器件LM358、TL431、阻容元件；8．完成电路设计及仿真。通用电路板上对设计的电路图进行实物连接和调试。二、方案设计与论证1.硬件框图以及简要原理概述加温隔信减电度离号运源感网放算模应络大放块模模模大块块块模块图1硬件框图本电路通过电源模块给温度感应模块提供一个稳

2、定的电源使其正常工作。通过隔离网保证电源模块和温度感应模块的工作不受后置模块的影响。再将温度感应模块产生的信号通过信号放大模块就行放大，最后将放大的信号送到加减运算放大模块得到一个设定好的电压值。2.电源模块以及温度感应模块的设计方案本电路是基于热敏电阻Pt100的温度检测电路，Pt100的电阻值会随着温度的变化而变化，故电源模块可设计一个横流源电路使得通过Pt100的电流恒定不变，这时当温度变化时Pt100的阻值发生变化，电压也就能发生相应的线性变化。只要通过对Pt100两端的电压进行处理就能测得外界环境的温度。图2恒流源电路本电路中恒流源电路是基于TL431稳压集成电路设计的高精度恒流

3、源，电路图如图1所示。当TL431两端接上电压后其参考极将输出稳定的2.5V的电压，但是TL431的阴极和阳极不能直接接在电压上所以需要串上一个电阻进行分压，本电路中使其串上500Ω的电阻。当TL431的参考极和地端之间接上一个电阻时该之路的电流就是一个恒定的电流，这时再如图中所示接上一个处于放大区的三级管使其发射极和集极的电流近乎相等，这时通过连接在集极的Pt100热敏电阻的电流就是恒定值。由于通过Pt100的电流需要在1~1.5mA内，以及为了计算的方便，在本电路中理想情况下我们要使通过Pt100的电流约为1mA。3.隔离网络模块为了使后面的模块不影响电源模块和温度感应模块的正常工作需

4、要将后面的模块和这两个模块隔离开来，一下设计了两种方案。方案一：图3隔离网络设计方案一该方案能将电源模块和温度感应模块和后面的模块彻底的隔离开来，减小误差，但是这样成本比较高，后面的信号放大模块和加减运算模块只需要两个集成运放，而LM358P一个芯片只集成了2个运放，如果隔离网络用掉3个运放就必须用掉5个运放，也就需要3个LM358P芯片，而这样还会剩余一个运放没有用上又照成了浪费，所以这个方案虽然能在很大程度上减少误差，但是制作成本比较高。方案二：图4隔离网络设计方案二在方案一中我们使用了三个集成运放需要3个LM358P芯片，照成了浪费，为了节省成本减少了一个运放，这样整个电路只需要2个

5、LM358P芯片。考虑到把后端电路对前端电路照成的影响尽量减小，我们必须使经过Pt100的电流保持恒定，而且还要尽量和经过R2的电流相等，考虑到这两个因素去掉方案一中的第一个运放对这个电路的影响最小。故综合考虑，选取该方案作为最终方案。4.信号放大模块由于热敏电阻Pt100的电阻对温度的改变量比较小只有几十欧姆的变化（Pt100分度表如表一所示），所以其两端的电压差相对来说是一个很小的值，所以需要对该电压信号进行放大。表一Pt100分度表图5信号放大模块该模块中使用的运放依旧是LM358P，同相输入的通过一个电阻和和Pt100的一端相连，反相端通过一个电阻和一个电压跟随器和Pt100的另一

6、端相连，通过设置R4、R6、R7、R8的阻值以及调节电位器R13的阻值可以设定和改变其放大倍数，电位器R13的作用主要是电路的调零，使得电路最终输出电压尽量接近设定值。根据Pt100的温度特性以及恒流源提供的电流值和TL431参考端提供的恒定的电压值，在理想情况下可以将该放大模块的放大值设为25倍左右，使得当温度为0度时该信号放大模块输出端的电压正好为2.5V，就能通过减法器和TL431参考端2.5相减得到初始值0V的电压，这样当温度变化时电路的最终的输出端的电压就可以随温度的改变发生相应的线性变化。5.加减运算模块该模块依旧使用LM358P的集成运算放大器对放大后的信号进行处理，使得最终

7、得到的电压值是一个设定好的值，如当温度为0度时最终的输出端电压为0，当温度为10度时输出端电压为1，依次类推。这样我们就能通过测量最终的输出电压来直观的得知周围环境的温度。图6加减运算模块如图6所示，该模块的同相输出端通过电阻R9和信号放大模块的输出端相连，反相输出端和TL431的参考端相连，使得两电压值相减并放大一定倍数后输出设定的电压值。根据Pt100的温度特性可计算得该模块需要放大的倍数为10.4倍，这样就能使输出