任务五 电热水器温度控制器的设计与制作
温度控制器的设计与制作共13页
温度控制器的设计与制作一、功能要求设计并制作一个温度控制器，用于自动接通或断开室内的电加热设备，从而使室内温度达到设定温度要求，并能实时显示室内温度。
当室内温度大于等于设定温度时，控制器断︒时，控制器接通电加热设备。
开电加热设备；当室内温度比设定温度小2C控温范围：0~51C︒控温精度：≤1C︒二、硬件系统设计1．硬件系统由七部分组成，即单片机及看门狗电路、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度储存电路及电源电路。
（1）单片机及看门狗电路根据设计所需的单片机的内部资源（程序存储器的容量、数据存储器的容量及I/O口数量），选择AT89C51-24PC较合适。
为了防止程序跑飞，导致温度失控，进而引起可怕的后果，本设计加入了硬件看门狗电路IMP813L，如果它的WDI脚不处于浮空状态，在1.6秒内WDI不被触发（即没有检测到上什沿或下降沿），就说明程序已经跑飞，看门狗输出端WDO将输出低电平到手动复位端，使复位输出端RST发出复位信号，使单片机可靠复位，即程序重新开始执行。
（注：如果选用AT89S51，由于其内部已具有看门狗电路，就不需外加IMP813L）（2）温度检测电路温度传感器采用AD590，它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源，它的工作电压为4~30V，感测的温度范围为-550C~+1500C，具有良好的线性输出，其输出电流与温度成正比，即1μA/K。
因此在00C时的输出电流为273.2μA，在1000C时输出电流为373.2μA。
温度传感器将温度的变化转变为电流信号，通过电阻后转变电压信号，经过运算放大器JRC4558运算处理，处理后得到的模拟电压信号传输给A/D转换部分。
A/D转换器选用ADC0804，它是用CMOS集成工艺制成的逐次逼近型模数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，基准电压0~5V，输入模拟电压0～5V。
（3）控制输出电路控制信号由单片机的P1.4引脚输出，经过光耦TLP521-1隔离后，经三极管C8550直接驱动继电器WJ108-1C-05VDC，如果所接的电加热设备的功率≤2KW，则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备，如果加热设备的功率>2KW，可以继电器控制接触器，由接触器直接控制加热设备。
温度控制器设计
帮不帮温度控制器设计一、设计任务设计一个可以驱动1kW加热负载的水温控制器，具体要求如下：1、能够测量温度，温度用数字显示。
2、测量温度范围0〜100℃，测量精度为0.5℃。
3、能够设置水温控制温度，设定范围40〜90℃,且连续可调。
设置温度用数字显示。
4、水温控制精度W±2℃。
5、当超过设定的温度20℃时，产生声、光报警。
二、设计方案分析根据设计要求，该温度控制器是既可以测量温度也可以控制温度，其组成框图如图1所示。
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，并通过放大、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僮基准电压）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一个设定的温度上限比较器相比较，当温度超过上限温度值时，比较器产生报警信号输出。
1、温度检测及信号处理温度检测是温控系统的最关键部分，它只接影响整个系统的测量、控制精度。
目前检测温度的传感器很多，其测量范围、应用场合等也不尽相同。
例如热电偶温度传感器目前在工业生产和科学研究中已得到了广泛的应用，它是将温度信号转化成电动势。
目前热电偶温度传感器已形成系列化和标准化，主要优点是：它属于自发电型传感器，测量温度时可以不需要外加电源；结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制；测量温度范围广，高温热电偶测温高达1800 c以上，低温热电偶可测-260℃以下，目前主要用在高温测量工业生产现场中。
热电阻温度传感器是利用电阻值随温度升高而增大这一特性来测量温度的，目前应用较为广泛的热材料是铜和铂。
在铜电阻和伯电阻中，伯电阻性能最好，非常适合测量-200〜+960℃范围内的温度。
国内统一设计的工业用伯电阻常用的分度号有Pt25、Pt100 等，Pt100即表示该电阻的阻值在0c时为100Q。
温度控制器的设计与制作
6.4实施—制作过程6.4.1硬件设计温度测量采用最新的单线数字温度传感器DS18B20，DS18B20是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
可以分别在93.75ms 和750ms 内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。
因而，使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
降温控制系统采用低压直流电风扇。
当温度高于设定最高限温度时，启动风扇降温，当温度降到指定最高限温度以下后，风扇自动停止运转。
温控系统的温度显示和温度的设定直接采用综合实训板上的显示和键盘。
当环境温度低于设定的最低限温度值时，也采用综合实训板上的蜂鸣器进行报警。
用0#、1#键作为温度最高限、最低限的设定功能键；2#、3#键作为温度值设定的增加和减小功能键。
0#键：作为最高限温度的设定功能键。
按一次进入最高限温度设定状态，选择最高限温度值后，再按一次确认设定完成。
1#键：作为最低限温度的设定功能键。
按一次进入最低限温度设定状态，选择最低限温度值后，再按一次确认设定完成。
2#键：＋1功能键，每按一次将温度值加1，范围为1～99℃。
3#键：－1功能键，每按一次将温度值减1，范围为99～1℃。
6.4.2软件设计(1)温控系统采用模块化程序结构，可以分成以下程序模块：①系统初始化程序：首先完成变量的设定、中断入口的设定、堆栈、输入输出口及外部部件的初始化工作。
②主程序MAIN ：完成键盘扫描、温度值采集及转换、温度值的显示。
当温度值高于设定最高限时，驱动风扇工作；当温度值低于设定最低限时，驱动蜂鸣器报警。
③键盘扫描程序KEYSCAN ：完成键盘的扫描并根据确定的键值执行相应的功能，主要完成最高温度、最低温度的设定。
电热水器温度控制器设计
电热水器温度控制器设计作者：李陇森王超狄生明来源：《新教育时代·学生版》2017年第09期摘要：设计一种智能家用电热水器温度控制系统。
以STC89C52单片机作为控制核心，使用C语言编写程序。
使用按键键盘设定温度，温度可以精确到0.1摄氏度，并使用LED灯显示，能够精确提供用户所需温度的温水。
采用DS18B20采集温度，使用LED灯显示，精确的显示出采集的水温。
当所需温度高于当前采集的水温时，使用继电器控制外接加热源，当所需温度低于当前采集的水温时，继电器断开不加热。
当所需温度高于采集温度时，继电器吸合开始加热，基本实现了智能控制功能。
关键词：单片机 DS18B20 热水器温度控制引言随着人们生活水平的提高，热水器在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，越来越受到人们的青睐。
由于燃气热水器易受水压限制，而且安全性较差，每年使用燃气热水器造成的爆炸、中毒等事故也屡有所闻。
消费者对燃气热水器怀有一定的惧怕感，所以燃气热水器渐渐淡出市场，而智能电热水器越来越受到人们的认可。
传统的电热水器水温控制系统功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，然而采用单片机的电热水器水温控制系统功能多样化、精度高、抗干扰能力强。
电热水器水温控制系统是以STC89C52单片机作为主控制元件来能实现热水器里的水温显示在数码管，采用继电器实现自动控制加热的装置，对提高人们生活质量和工作效率具有非常重要的意义。
[1]一、设计内容电热水器温度控制系统以单片机味控制核心，主要由DS18B20温度传感器、数码管显示模块、继电器、功能按键等组成。
以STC89C52单片机作为控制核心，使用C语言编写程序。
使用按键键盘设定温度，温度可以精确到0.1摄氏度，并使用LED灯显示，能够精确提供用户所需温度的温水。
采用DS18B20采集温度，使用LED灯显示，精确的显示出采集的水温。
当所需温度高于当前采集的水温时，使用继电器控制外接加热源，当所需温度低于当前采集的水温时，继电器断开不加热。
《传感器技术及应用》课程标准2013
《传感器技术及应用》课程标准编制人：曹月真编制单位：机电教研室适用专业：电气自动化技术编制日期：2013年 3 月审核人：张月华系部主任：武蕴馥衡水职业技术学院机电工程系制2013年 3月目录一、课程定位和课程设计二、课程目标三、课程内容与要求四、课程实施五、教学评价、考核要求六、课程资源开发与利用七、参考文献八、其他说明《传感器技术及应用》课程标准课程编号：05131080适用专业：电气自动化技术课程类别：专业核心课程修课方式：必修教学时数：52学时总学分数：3.5学分一、课程定位和课程设计（一）课程性质与作用传感器是现代控制的基本工具，而检测技术则是控制过程获取信息的唯一手段。
《传感器与检测技术》是一门多学科交叉的专业课程，本课程是电气自动化技术专业的一门核心专业技术课，重点介绍各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，了解传感器在各种电量和非电量检测系统中的应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。
为后期的电气综合实训、电工中、高级职业资格证书（其内容约占20%）、毕业设计、顶岗实习等打下基础，也是职业素质养成与职业能力培养最基本的理论实践一体化课程。
（二）课程基本理念本课程贯彻“以就业为导向，以能力为本位”的职教思想，以学生将来从事的职业岗位群所需要的相关知识和基本技能为依据，以项目课程为主体的模块化专业课程体系，它突破了学科为中心的课程体系，减少理论推导，重点突出应用。
将学科内容按“项目”进行整合，在内容安排上也是由简到繁，逐步深入，以应用性教学为主，注重增强学生的能力。
（三）课程设计思路本课程按项目或任务式教学课程进行设计，以项目为引导，任务为驱动，内容以实用为主，原理分析通俗易懂。
各项目中典型传感器应用电路的分析和测试，融合常用传感器的基本知识。
课程内容包含了传感器检测若干个项目，每个项目又分为若干个典型工作任务，每个任务将相关知识和实践实验进行有机的结合，突出实际应用，减少理论推导，注重培养学生的实际应用能力和分析解决问题的实际工作能力。
家用电热水器水温的测量与控制设计正文
家用电热水器水温的测量与控制1．简介1．1功能介绍当前，热水器已成为日常生活中不可缺少的家用电器，设计制照更使用、更方便、更安全、更节能的热水器是产品设计师和生产厂家不断追去的目标。
快热式电热水器与普通电热水器更大的区别在于它取消了储水罐，热水随开随用，无须预热，减少了电能浪费。
另外，它还既有体积小，使用安全，安装方便等优点。
其设计要求如下：用2位数码管显示出水温度，用1位数码管显示设定功率档位。
温度检测显示范围为00～99℃，精确度为±1℃。
设置3个轻触按钮，分别为电源开关键、“＋”键和“－”键。
加热功率分0～9档，按“＋”键一次递增至9档，按“－”键一次递减至0。
0～9档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、和P。
出水温度超过65℃时停止加热，并蜂鸣报警，温度降到45℃以下时恢复。
内胆温度超过105℃时停止加热，防止干烧。
1．2方法论证按快热式电热水器的功能要求，决定采用如下图所示的模块组成系统，主要包括电源电路、单机片控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管显示电路、报警电路和加热控制电路。
快热式电热水器系统组成框图快热式电热水器为了达到“快热”的效果，取消了储水罐，使冷水在进入加热管后立即被加热，这就要求加热管有较大的功率。
家用电热水器一般采用方便、可靠的电热丝加热方法。
根据热学及流体力学原理，结合实际实验室测试，可以得到水温与流量、加热功率之间的关系如表中所列水温值和流量值可以满足大多数家庭用户使用要求。
当最大的加热功率为7.5kW时，按220V供电计算，电流约为34A，所以要求专线供电。
水温与流量、加热功率的关系注：进水温度为15℃，输入电压为AC220V.相关单位：水流量——L/min;温度——℃；功率——kW。
对于加热功率的控制，最简单的方法是由若干不同功率的电热丝组合得到几种加热功率，但由于快热式热水器的加热功率较普通的大，且单位设置较多，用电热丝组合的方法需要几组电热丝和继电器，成本增高且工作可靠性降低，所以比较理想的是采用可控硅控制功率，电路简单又控制方便。
温度控制器的设计与制作
温度控制器的设计与制作一、功能要求设计并制作一个温度控制器，用于自动接通或断开室内的电加热设备，从而使室内温度达到设定温度要求，并能实时显示室内温度。
当室内温度大于等于设定温度时，控制器断开电加热设备；当室内温度比设定温度小2时，控制器接通电加热设备。
控温范围：0~51控温精度：≤1二、硬件系统设计1．硬件系统由七部分组成，即单片机及看门狗电路、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度储存电路及电源电路。
（1）单片机及看门狗电路根据设计所需的单片机的内部资源（程序存储器的容量、数据存储器的容量及I/O口数量），选择AT89C51-24PC较合适。
为了防止程序跑飞，导致温度失控，进而引起可怕的后果，本设计加入了硬件看门狗电路IMP813L，如果它的WDI脚不处于浮空状态，在1.6秒内WDI不被触发（即没有检测到上什沿或下降沿），就说明程序已经跑飞，看门狗输出端WDO将输出低电平到手动复位端，使复位输出端RST发出复位信号，使单片机可靠复位，即程序重新开始执行。
（注：如果选用AT89S51，由于其内部已具有看门狗电路，就不需外加IMP813L）（2）温度检测电路温度传感器采用AD590，它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源，它的工作电压为4~30V，感测的温度范围为-550C~+1500C，具有良好的线性输出，其输出电流与温度成正比，即1μA/K。
因此在00C时的输出电流为273.2μA，在1000C时输出电流为373.2μA。
温度传感器将温度的变化转变为电流信号，通过电阻后转变电压信号，经过运算放大器JRC4558运算处理，处理后得到的模拟电压信号传输给A/D转换部分。
A/D转换器选用ADC0804，它是用CMOS集成工艺制成的逐次逼近型模数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，基准电压0~5V，输入模拟电压0～5V。
（3）控制输出电路控制信号由单片机的P1.4引脚输出，经过光耦TLP521-1隔离后，经三极管C8550直接驱动继电器WJ108-1C-05VDC，如果所接的电加热设备的功率≤2KW，则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备，如果加热设备的功率>2KW，可以继电器控制接触器，由接触器直接控制加热设备。
电热水器水温水位控制系统设计-毕业论文定稿
电热水器水温水位控制系统设计摘要本系统是为电热水器水温水位控制系统而设计的。
在电热水器温控系统中,水温和水位传感器起着举足轻重的作用。
系统的分析了耐高温电容式液位传感器分别检测水温和水位的原理,以 AT89S51单片机为核心,实现对水温和水位、上水测量、显示、报警等功能,并以电磁阀、继电器为阀门开关全自动加热、上水。
整个系统精度高，耐高温性强，易于调整，测试方便。
测试结果表明，误差小于2%，达到设计要求。
关键词：AT89S51单片机，水温水位，传感器，检测与控制THE SYSTEM FOR CONTROL THE TEMPERATURE AND LEVEL OF THEELECTRIC WATER HEATERABSTRACTThis system is design to measure and control the water lever and temperature for the water-heaer.It’s composed of two sensor (a dig ital chip DS18B20 and a lever sensor),display,buzzer and so on,all these component are control of the core chip AT89S51. This system can display the lever and the temperature in the water_case .In addition,it will be heaet or add water automatic through electromagnetism vave or relay which are controled by AT89S51. The whole system is easy to adjust.It is proved to be reliable and of high value and high feasibility after testing.Key Words: AT89S51,control, seasor,temperature and level目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第1章绪论 (1)第2章设计思路及要求 (2)2.1本设计的目的和意义 (2)2.2控制系统的设计要求 (2)2.3本设计实现思路及方法 (2)第3章硬件设计 (4)3.1控制系统组成及工作原理 (4)3.1.1 系统结构 (4)3.1.2 控制系统组成 (5)3.2单片机概述 (6)3.3器件介绍 (7)3.3.1 AT89C51单片机 (7)3.3.2 数码管显示 (8)3.4AT89C51单片机的最小系统 (9)3.5AT89C51单片机时钟电路 (10)3.6AT89S51单片机复位电路 (10)第4章单元模块设计 (11)4.1水位检测模块 (11)4.2温度检测模块 (12)4.3键盘模块 (13)4.4显示模块 (14)第5章软件设计 (15)5.1软件设计原理及设计所用工具 (15)5.2显示子程序 (16)5.2.1 系统正常工作子程序 (16)5.2.2 设定预置温度子程序 (17)5.2.3 设定预置水位子程序 (17)第6章系统调试与原理图 (18)第7章总结与体会 (19)参考文献 (21)附录1 (22)附录2 (23)附录3 (33)致谢 (35)作品（软件）使用说明书 (36)第1章绪论近年来，随着用电的普及和燃气燃油价格上涨的影响，电热水器的市场上升趋势更加明显，新生力量快速电热水器以其加热快速、体积小巧、安全节能的明显优势在市场中一枝独秀倍受瞩目。
简易温度控制器制作
简易温度控制器制作电子技术综合训练设计报告题目：简易温度控制器制作姓名：***学号：班级：自动化同组成员：指导教师：日期：电子技术综合训练任务书5摘要本次课程设计的主题是做一个简易温度控制器。
根据课题，制定方案，经赛选比较、分析以及所学知识，最后用纯比较运算放大器实现其任务要求。
具体方法是采用Pt100热敏电阻作为温度采集，将温度模拟量转化为数字量，再利用比较运算放大器与设定温度值进行比较，输出高或低电平至电路控制元件从而对控制对象进行控制。
整个电路分为四个部分：测温电路，比较电路，报警电路，控制电路。
其中后三者为课题重点。
为模拟温度变化，此设计用滑动变阻器代替Pt100热敏电阻，加热部分用俩个绿色LED灯模拟实现，报警部分用一红一绿LED灯模拟实现。
关键词：温度控制、温度模拟量、放大比较目录1、设计任务和要求 (4)1.1设计任务 (4)1.2设计要求 (4)2、系统设计 (4)2.1系统要求 (4)2.2方案设计 (5)2.3系统工作原理 (5)3、单元电路设计 (8)3.1 测温部分单元电路 (8)3.1.1电路结构及工作原理 (8)3.1.2电路仿真 (8)3.1.3元器件的选择及参数确定 (8)3.2 比较部分单元电路 (8)3.2.1电路结构及工作原理 (8)3.2.2电路仿真 (9)3.2.3元器件的选择及参数确定 (9)3.3 报警部分单元电路 (9)3.3.1电路结构及工作原理 (9)3.3.2电路仿真 (10)3.3.3元器件的选择及参数确定 (10)3.4 控制部分单元电路 (10)3.4.1电路结构及工作原理 (11)3.4.2电路仿真 (11)3.4.3元器件的选择及参数确定 (11)3.5电源设计 (11)3.5.1电路结构及工作原理 (11)3.5.2电路仿真 (11)4、系统仿真 (13)5、电路安装、调试与测试 (16)5.1电路安装 (16)5.2电路调试 (16)5.3系统功能及性能测试 (17)5.3.1测试方法设计 (17)5.3.2测试结果及分析 (17)6、总结和体会 (20)7、参考文献 (19)8、附录 (21)1、设计任务及要求1.1设计任务设计并制作一个温度监控系统，用温度传感器检测容器内水的温度，以检测到的温度信号控制加热器的开关，将水温控制在一定的范围之内。
电热水器温度智能控制系统的设计
目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)1.1 设计的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 毕业设计研究内容、拟解决的主要问题 (2)1.4 毕业设计研究方法、步骤及措施 (2)2 系统硬件方案选择 (3)2.1 硬件方案的选择 (3)2.1.1 主控芯片的选择 (3)2.1.2显示器件的选择 (3)2.1.3 温度传感器的选择 (4)2.1.4 温度设置方式的选择 (4)2.2 系统总体方案 (4)3 系统硬件设计 (5)3.1 STC89C51单片机最小系统的设计 (5)3.2 显示电路模块的设计 (7)3.3 温度采集模块的设计 (8)3.4 红外遥感电路模块的设计 (9)3.5 报警模块电路的设计 (10)3.6 继电器驱动电路设计 (10)3.7 独立按键电路的设计 (11)4 源程序代码的编写 (11)5 结论 (12)参考文献 (13)附录A：仿真电路图 (14)附录B：PCB电路图 (15)附录C：硬件实物图 (16)附录D：C语言程序代码 (17)摘要随着科学技术的不断发展，日常家用电器的不断普及，越来越多的电力电子产品开始走向智能化、自动化。
在推动科学技术发展的同时，也极大方便了人们的日常生活。
这些智能化、自动化电子电力产品中，大部分是以单片机为核心运作的。
本次设计主要介绍一种电热水器温度智能控制系统，以STC89C51单片机为核心，DS18B20温度传感器实时采集温度，以继电器控制加热，LCD1602液晶显示屏作显示板，附几个独立按键进行设置，设计可红外遥控，并加入倒计时功能，以此得出一款智能型电热水器。
关键词：智能；STC89C51单片机；电热水器ABSTRACTWith the continuous development of science and technology，the constant popularity of daily household appliances，more and more electric and electronic products are becoming intelligent and automated. While promoting the development of science and technology，it is also a great convenience to people's daily life. These intelligent, automated electronic power products，most of them operate on the core of a single chip microcomputer．This design mainly introduces a temperature intelligent control system for electric water heater，Taking STC89C51 microcontroller as the core,，DS18B20 temperature sensor real-time collection temperature，relay control heating，LCD1602 LCD display board，with a few independent buttons to set up，design infrared remote control，and add countdown function，In this way an intelligent electric water heater is obtained..Keywords:Intelligence；STC89C51 microcontroller；electric water heater1 引言1.1 设计的背景和意义自19世纪末，第一台热水器诞生之后，热水器开始逐渐进入人们的视野，从最初的工业生产用途到现在的家庭中广泛使用，经过这100多年的发展，热水器进入了电气领域。
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• 式中RT—温度为T时的阻值。
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• (3)散热系数H。 • 温度变化1℃，热敏电阻所耗散的功率变化量，单位为W/℃或mW/ ℃ 。在土作范围内，当环境温度变化时，H值随之变化，其大小与热 敏电阻的结构、形状和所处介质的种类及状态有关。
• (4)转变温度TC。 • 热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻温度 系数热敏电阻((PTC)和临界温度热敏电阻(CTR )。
任务一电热水器温度控制器的设计与 制作
• 2)热电阻的结构和类型
• 金属热电阻按其结构类型来分:普通型、 • 铠装型 • 薄膜型 • 普通型热电阻由感温元件(金属电阻丝)、骨架、引线、保护套管及接 线盒等基本部分组成。
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• (1)感温元件(金属电阻丝)。 • 由于铂的电阻率较大，而且相对机械强度较大，通常铂丝的直径为 (0.03~0.07 ) mm±0.005 mm。可单层绕制，若铂丝太细，电阻体可 做得小些，但强度低;若铂丝粗，虽强度大，但电阻体积大了，热惰 性也大，成本高。由于铜的机械强度较低，电阻丝的直径需较大。一 般为0.1 mm±0.005 mm的漆包铜线或丝包线分层绕在骨架上，并涂 上绝缘漆而成。 • 由于铜电阻的温度低，故可以重叠多层绕制，一般多用双绕法，即两 根丝平行绕制，在末端把两个头焊接起来，这样工作电流从一根热电 阻丝进入，从另一根热电阻丝反向出来，形成两个电流方向相反的线 圈，其磁场方向相反，产生的电感就互相抵消，故又称无感绕法。这 种双绕法也有利于引线的引出。
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• (2)正温度系数热敏电阻PTC。
• PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，典型的PTC热敏电阻是在 钦酸钡中掺入其他金属离子，以改变其温度系数和临界温度点。它在 电子线路中多起限流作用。
• (3)突变型热敏电阻CTR
• CTR热敏电阻当温度升高到某临界值时，其电阻值随温度升高而降低 3~4个数量级，即具有很大负温度系数。在某个温度范围内阻值急剧 下降，曲线斜率在此区段特别陡峭，灵敏度极高。此特性可用于自动 控温和报警电路中。
• (1)温度测量。
• 图2-5所示为热敏电阻体温表的测量原理，利用其原理还可以制作其 他测温、控温电路。 • 调试时，必须先调零再调温度，最后再验证刻度盘中其他各点的误差 是否在允许范围之内，上述过程称为标定。具体做法如下:将绝缘的 热敏电阻放入犯℃的温水中待热量平衡后，调节RP1，使指针指在32 上，再加热水，用更高一级的温度计监测水温，使其上升到5℃，待 热量平衡后，调节RP2，使指针指在45上，再加冷水，逐步降温检查 32 ℃ ~45℃内刻度的准确程度。
任务一电热水器温度控制器的设计与 制作
• (1)铂热电阻。
• 铂材料的优点为:物理、化学性能极为稳定，尤其是耐氧化能力很强， 并且在很宽的温度范围内((1200℃以下)均可保持上述特性;易于提纯， 复制性好，有良好的上艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔;电 阻率较高。 • 缺点是:电阻温度系数较小;在还原介质中工作时易被沾污变脆;价格较 高。
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任务一电热水器温度控制器的设计与 制作
• (2)温度补偿。
• 热敏电阻可以在一定范围内对某些元件进行温度补偿。图2-6所示为 三极管温度补偿电路。当环境温度升高时，三极管的放大倍数刀随温 度的升高将增大，温度每上升1℃，刀值增大0.5%~1%，其结果是在 相同的IB情况下，集电极电流IC随温度上升而增大，使得输出USC增 大，若要使USC维持不变，则需要提高基极电位，减小三极管基极电 流。为此选用负温度系数热敏电阻进行温度补偿。
• 工业测量主要用珠型热敏电阻，其外形如 所示。将珠型热敏电阻烧 结在两根铂丝上，外面涂覆玻璃层，并用杜美丝与铂丝相接引出，外 面再用玻璃管作保护套管，保护套管外径为3~5mm，若把热敏电阻 配上不平衡电桥和指示仪表，则成为半导体点温度计。
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• 2)热敏电阻的热电特性
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• 热敏电阻是由一些金属氧化物，如钻(Co),锰(Mn),镍(Ni)等的氧化物 采用不同比例配方混合，研磨后加入勃合剂，埋入适当引线(铂丝)， 挤压成型再经高温烧结而成。 • 热敏电阻根据使用要求不同，可制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各 种形状，如图2-2所示。
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• 在骨架上绕制好热电阻丝，并焊好引线之后，在其外面加上云母片进 行保护，再装入外保护套管，并和接线盒或外部导线相连接，即得到 热电阻传感器。 • 铂、铜热电阻外形如图2-8所示，结构如图2-9 ,图2-10所示。 • 目前，还研制生产了薄膜型热电阻，它是利用真空蒸镀法使铂金属薄 膜附着在耐高温基底上。其尺寸可以小至几平方毫米，可将其粘贴在 被测高温物体上，测量局部温度，具有热容量小、反应快等特点。 • 3)热电阻的测量转换电路 • 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻 信号通过引线传递到计算机控制装置或者其他一次仪表上。
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• (3)液位测量。
• 给NTC型热敏电阻施加一定的加热电流，它的表面温度将高于周围空 气的温度，此时它的阻值相对较小。当液面高于其安装高度时，液体 将带走它的热量，使之温度下降，阻值升高。根据它的阻值变化，就 可以知道液面是否低于设定值。汽车车厢中的油位报警传感器就是利 用以上原理制作的。
• 根据热敏电阻的阻值和温度之间的关系，可以把热敏电阻分成-,种类 型，分别是负温度系数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC和突 变型热敏电阻CTR， • 其电阻和温度之间的特性曲线如图2-4所示，不同类型的热敏电阻材 料如表2-1所示。
• (1)负温度系数热敏电阻NTC
• NTC热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，是最常见的热敏电阻， 它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷，如锰、钻、铁、镍、 铜等多种氧化物混合烧结而成，多用于温度的测量。
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• 1)常用热电阻
• 热电阻是利用电阻与温度成一定函数关系的特性，由金属材料制成的 感温元件。当被测温度变化时，导体的电阻随温度变化而变化，通过 测量电阻值变化的大小而得出温度变化的情况及数值大小。热电阻是 中、低温区最常用的一种温度检测器。 • 作为测温用的热电阻材料，希望其具有电阻温度系数大、线性好、性 能稳定、使用温度范围宽、加上容易等特点。目前较为广泛应用的热 电阻材料为铜、铂、铁和镍等。其中，铂的性能最好，它的适用温度 范围为-200 ℃ ~960℃，其电阻值和温度之间有近似的线性关系。铜 热电阻价廉且线性较好，但高温下容易氧化，故只适用于测量-50 ℃ ~150℃。表2-2给出了热电阻的主要性能指标。
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• 工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此 热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。 • 目前热电阻的接线方式有两线制、三线制和四线制。工业上一般采用 三线制。
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• 2.热电阻传感器
• 在测量200W/220V普通灯泡冷态阻值时，可发现仅有数十欧，但按 R=U2/P计算其热态阻值为28252,，冷热阻值相差近10倍，由此可知， 钨丝在不同温度场中阻值是不同的。 • 在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基 本不变(当温度变化范围不是很大时)，但每个自由电子的动能将增加， 因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子做定向运动，就 会遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加。热电阻就 是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。
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• 铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，其特性方程为 • 当-200 ℃≤t≤0℃时，有 • 当0 ℃≤t≤960℃时，有 • 式中，Rt—温度为t℃时铂热电阻的阻值，Ω。 • R0—温度为0℃时铂热电阻的阻值，Ω。
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• 三、知识链接
• 1.热敏电阻传感器
• 热敏电阻是由金属氧化物陶瓷半导体材料，经成型、高温烧结等上艺 制成的测温元件，还有一部分热敏电阻由碳化硅材料制成。 • 其优点是电阻温度系数大、电阻率大、体积小、热惯性小，适宜测量 点温、表温度及快速变化的温度;其结构简单、力学性能好。
• 缺点是线性度较差，复现性和互换性较差。
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• (1)热敏电阻的结构和工作原理
• 热敏电阻的基本工作原理是利用半导体材料的电阻率随温度变化而显 著变化的特点，当温度发生变化时，热敏电阻的电阻值也发生变化。 • 利用测量电路对电阻值的变化进行测量，并将电阻值的变化转换为电 流或电压变化，从而使电压或电流的变化与温度的变化成一定的关系 ，完成温度的测量。
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• (2)骨架。 • 热电阻是绕制在骨架上的，骨架是用来支持和固定电阻丝的。骨架应 使用电绝缘性能好，高温下机械强度高，体膨胀系数小，物理、化学 性能稳定，对热电阻丝无污染的材料制造，常用的是云母、石英、陶 瓷、玻璃及塑料等。 • (3)引线。 • 引线的直径应当比热电阻丝大几倍，尽量减少引线的电阻，以增加引 线的机械强度和连接的可靠性，对于工业用的铂热电阻，一般采用1 mm的银丝作为引线。对于标准的铂热电阻则可采用0.3 mm的铂丝 作为引线。对于铜热电阻则常用0.5 mm的铜线。