课程设计温度测量仪

电子技术课程设计报告课题题目：温度测量仪

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报告撰写规范

一、撰写内容

1．概述，分析任务，选择设计方案

2. 按课题设计任务画出电子版电路原理图及印刷电路板图

3. 写明电路参数及必要的计算过程

4. 列出材料清单

5. 写出总结报告，包括收获和体会、制作调试步骤及结果

6．本设计有哪些不完善之处，如何改进使设计更趋合理实用

7. 回答思考题

8. 主要参考文献

二、撰写要求

1．报告字数不少于3000字

2．报告内容一律用A4纸打印

3．大标题用小四黑体、正文内容用小四宋体(英文及数字为The New Roman字体)、行间距1.25倍、页边距上下2.54厘米、左右3.17厘米、页脚2.0厘米、页码从正文第一页开始

4．正文中，参考文献应顺序标注

5．指导教师的意见及签字须用手写

一概述

本实验设计目的如下：

1完成温度测量仪的电路设计、元器件选择、制作和调试工作

2设计使用AD590温度传感器制作温度测量仪，测量范围0~100℃。

3测量的温度值通过数字电压表显示出来。

首先介绍AD590。

AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。

AD590的主要特性如下：

·流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。

·AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

·AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

·精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

AD590最重要的特性是：度每增加1℃，它会增加1μA输出电流。

AD590的接口电路十分简单，不需要外围温度补偿和线性处理电路，便安装调试。AD590的管脚图及元件符号如下图所示。

图1 AD590管脚（第三个脚可以不用,是接外壳做屏蔽用的）

图2 AD590元件符号（1管脚接电源；2管脚输出电流）

AD590基本应用电路如下图所示。

图3 AD590基本应用电路

在图3中，经过实验测得AD590输出电流I与摄氏温度T与输出电压U及开尔文温度K的关系如下：

由该图表分析可得AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度（-273.2℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在T℃时，其输出电流Io=（273.2+T）μA。

为了完成温度的测量，电路要分为四个部分：

1、温度—电压变换电路

图4 温度—电压变换电路

在图中，U的值为I乘上10K，以T℃而言，输出值为10K×（273.2+T）μA=（2.732+0.01T）V；测量电压U时，不可分出任何电流否则测量值会不准。

在该电路中，包含了一个电压跟随器。

电压跟随器的特性如下：

·隔离缓冲。

·电压跟随（极性不变）。

·电压放大倍数为一倍，只是改善输出量的输出质量，不改变输出值。

利用电压跟随器的隔离缓冲作用确保了AD590输出的电压值稳定。

2、2．732V电压产生电路

利用AD590的基本应用电路（图3）可得到电压U=（2.732+0.01T）V，即AD590的温控电流值是对应热力学温度K，而在温控中需要采用摄氏温度℃

，需要设计电路消去关系式中的2.732V，消去2.732V后，就得到了输出电压U 与摄氏温度T的关系。需要设计一个得到恒压2.732V的电路。

为了得到2.732V电压，可使用下图电路：

图5

调整变阻器的值使Uo=2.732V。但该电路存在缺点。由于一般电源供应较多器件之后，电源是带噪声的，使得Uo不稳定。因此可使用稳压管利用可变电阻

分压调整，调整后电路图如下：

图6

2DW231是一种稳压二极管。稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡~稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。而且，稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

图7 稳压二极管元件符号

图8 2DW231(底视图)

3、差分放大电路

图9 差分放大电路

差分放大电路（上图）的作用是消去关系式U=（2.732+0.01T）V中的2.732V，并对信号进行放大。利用差分法大电路得到输出Uo=10(Uo2-Uo1)=T/10V。这样就得到了摄氏温度与输出电压的关系。利用数字电压表就可以测量出当前的温度了。如果当前的温度为28℃，则测出的电压为2.8V。

4、12V电源电压产生电路

本实验设计各个器件使用的电源是12V直流电源，为了得到12V电源，设计的电路如下图：

图10 12V直流电源产生电路

本实验设计所用的15V电源由15V变压器提供。

该电路用到了CW7812。CW7812是三端稳压IC，其优点是组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。在实际应用中，在三端集成稳压管上应安装散热器（当然小功率的条件下也可不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。CW7812能够输出+12V的直流电压。7812稳压管的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。

图11 CW7812元件符号

另外还须注意三端集成稳压管的输入、输出和接地端绝不能接错(7812识别方法:面对稳压管正面,左边:输入端,中间接地,右边:输出端)，不然容易烧坏。

一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差应＞2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压(输入电压)应比稳压值(输出电压)要高(7812最高输入电压是36v)。

为了使12V直流电源稳定，该电路中还使用了一个电解电容。电解电容是电容的一种介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。电容由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。

图12 电解电容

电解电容主要有两个作用：滤波作用.在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰;耦合作用.在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

电解电容的使用注意事项:电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接;加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量;电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸;对于有正负极性的信号的滤波，可采取两个电解电容同极性串联的方法，当作一个无极性的电容;电容器外壳、辅助引出端子与正、负极以及电路板间必须完全隔离。

二、设计电路图及印刷电路板图

图13 温度测量仪电路图

图14 温度测量仪实物图

图15 温度测量仪印刷电路板图

电路其他元件介绍：

1、LM358

LM358 内部包括有两个独立的、增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的使用运算放高大器的场合。

LM358引脚如下图所示。

图16 LM358引脚图

LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电。

LM358特性如下：

·内部频率补偿。

·直流电压增益高(约100dB)。

·单位增益频带宽(约1MHz)。

·电源电压范围宽：单电源(3—30V)。

一、电路参数及必要的计算过程

CW7812参数如下：

·输入电压：+19V。

·输出电压范围：+11.4V~+12.6V。

·最小输入电压：+14V。

·最大输出电流：加散热片可达1A。

AD590参数：

·输入电压：+4V~+30V。

·测量范围：-55℃～+150℃。

LM358参数：

·电源电压范围：单电源3～30V。

2DW231参数：

·稳压范围：5.8V~6.6V

四、材料清单

实验板140*95 1个

集成温度传感器AD590 1个

集成运算放大器（带插座）LM358 1个

三端稳压管CW7812 1个

稳压管2DW231(稳压6v)

电阻1/4W 1K 1个

电阻1/4W 10K 4个

电阻1/4W 100K 2个

直流电源15V/1A 1个

散热器SRX-YA25 1个

电位器50K 1个

五、总结报告（包括制作过程、收获和体会）

1、制作过程

通过一周的理论课程，使我明白了温度测量仪原理，并通过假期的进一步了解，使我对温度测量仪的焊接调试过程充满信心。但到了实践过程，我们遇到了很多的困难。

首先，我们要掌握电烙铁的使用。从网上查阅资料查到了一些电烙铁的使用技巧：1．将烙铁头放置在焊盘和元件引脚处，使焊接点升温。

2．当焊点达到适当温度时，及时将松香焊锡丝放在焊接点上熔化。

3．焊锡熔化后，应将烙铁头根据焊点形状稍加移动，使焊锡均匀布满焊点，并渗入被焊面的缝隙。焊锡丝熔化适量后，应迅速拿开焊锡丝。

4. 拿开电烙铁，当焊点上焊锡已近饱满，焊剂(松香)尚未完全挥发，温度适当，焊锡最亮，流动性最强时，将烙铁头沿元件引脚方向迅速移动，快离开时，快速往回带一下，同时离开焊点，才能保证焊点光亮、圆滑、无毛刺。用偏口钳将元件过长的引脚剪掉，使元件引脚稍露出焊点即可。

5．焊几个点后用金属丝擦擦烙铁头，使烙铁头干净、光洁。

遵照上述5个步骤，我们对电路板进行了焊接。

其次，在实际焊接过程中，我们发现了许多问题。

我们对电子元器件的实际封装及其引脚不熟悉。比如AD590的封装，AD590的封装形式跟三极管的相同，原理图上AD590只有正负两根引线，而实物却有三根引脚。在网上查阅资料后，我们才终于确定实物图的正负极，并确定另一根引脚可以不连入电路；又比如稳压二极管2DW231，其封装跟三极管的封装形式也相同，根据理论资料查询，只有两根管脚有用，另一根是不接入电路的。如何判断稳压二极管2DW231的正负极性就成为一个困扰我们的一个难题。查阅网上的资料也没能得到确切的答案。最后还是在指导老师的帮助下，我们才解决的这个问题。

本实验设计，我们小组使用了一个15V/1A的的变压器，为稳压块CW7812提供输入电源，在测量变压器输出导线的正负接线时，我们测得变压器的输出的电压为22V，与15V的变压值不符合。后经过询问指导老师，我们才意识到测量到22V的为该变压器不接负载时的空载电压，变压器接负载后，我们测得变压器的输出电压果然为15V。

由于原理图与实际焊接的电路版图有不同之处，比如在原理图中，两个放大器是分开布置的，而在实际焊接的过程中，我们使用的是将两个放大器合二为一的放大器LM358。实际连接必然与原理图有所不同。我们不得不针对这一新情况重新布置实物的连线。

在焊接的过程中，由于粗心大意，我们将LM358的插座焊反了，本来我们认为无关大碍，只要将LM358反插就可解决问题，后咨询老师才知道，反插LM358，如果不标明，会对后来该电路的使用者造成误解：后来的使用者必然会按照规定正插LM358。所以要注明：LM358进行反插。

经过几天的努力，我们的电路板终于焊接完毕。但在对电路板进行调试的过程中，我们又遇到了许多问题。

首先，我们的电路出现了故障，最后的输出电压为0V，这样我们很灰心。我们对电路进行了认真的检查。起初我们怀疑电路的连线有问题，所以我们对线路进行了检验，最后验证了电路连线没有错误；然后我们又考虑是电阻的问题。

电阻验证了每个电阻的阻值都正确；又经过几次测试，我们发现几个问题：AD590的输出电压U高达9.7V。假设室温为20摄氏度，根据公式U=（2.732+0.01T）V，AD590的输出电压也仅为2.932V。这不禁令我们对AD590的管脚连接是否正确产生了怀疑。于是我们决定对AD590重新焊接，变更焊接管脚的顺序，来验证AD590是否管脚焊接错了。经过多次的变换引脚焊接，情况依旧没有好转，AD590传感器应该是有故障。

在检查中我们还发现另外一个问题，作为电压跟随器的放大器U2没有输出电压，一开始我们认为是LM358存在故障，于是我们几个小组成员花了一下午时间大西电子市场采购了几个LM358。晚上回来对电路板的LM358进行更换后，重新进行测试，U2依然没有输出。调试工作一度陷入僵局。这时我们突然回想起我们之前发现的《电子技术基础模拟部分》教科书上的电压跟随器的连接与本实验设计参考书上的电压跟随器的连接的差异：参考书将AD590的输出电压接在电压跟随器的正极，教科书上的接法恰恰相反。于是我们将电压跟随器的正负极的导线重新进行了连接，又重新测试了U2的输出，结果我们用万用表在电压跟随器U2的正负极和输出脚都测出了电压读数，且读数相同。这证明U2已经正常工作。将这一情况反映给老师后，老师为我们查阅相关资料之后，证明是参考书原理图印刷的错误。

2、心得体会

经过了一个星期的课程设计，我感想颇多。

首先，我明白了做事情一定要抓紧时间，不能一拖再拖。原本我们以为一个星期的时间做出一个电路板绰绰有余，所以开始几天的进度很慢。可结果是，中间遇到了很多意想不到的问题，导致最后时间不够用，一直到礼拜天才将设计及报告全部完成。经过这次课程设计，我们懂得只有抓紧时间才能够适应快节奏的社会，拖拖拉拉最后会一事无成。

其次，我明白了实践的重要性。理论知识固然重要，但只有将理论投入到实践中去检验，才能体现出理论的价值。电路元件只有焊接到电路板上，才能发挥其真正的作用，单纯的研究理论知识，而不去动手实践，我们就不能全面发展，就不能成为真正对社会有意义的人。

最后，我还明白了团队合作的重要性。二十一世纪是一个需要的是团队合作，而不是单打独斗。一个大的项目，单纯靠一个人的力量是无法完成的。只有在一个团队的共同努力下，才能最终走向成功。

这次课程设计，带给我很多的教训，但更多的是经验，我相信我会越来越成熟。

六、主要参考文献

[1] https://www.360docs.net/doc/7d6589599.html,/question/25051016.html．

[2] https://www.360docs.net/doc/7d6589599.html,/info/commonIC/0075091.html．

[3]https://www.360docs.net/doc/7d6589599.html,/article/88/131/wendu/2009/2009062271185.html

[4]https://www.360docs.net/doc/7d6589599.html,/forum/thread/view/99_21580678_.html

[5]https://www.360docs.net/doc/7d6589599.html,/shangscg/blog/static/120984865200961182257492/

[6]康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）．高等教育出版社．

[7]康华光．电子技术基础数字部分（第五版）．高等教育出版社．