数字显示温度控制器的设计

第 2卷第 2 0期 2 05年 5月 0

长沙电力 OF HANGS C HA UN

学院学报

(自然科学版

)

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数字显示温度控制器的设计周腊吾，周之光(湖南大学电气与信息工程学院，长沙 4 0 )湖南 18 02

摘要：介绍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

中图分类号： 5 . 5 T 76 M * 1

文献标识码： B

文章编号： 07 0 0 ) -10 161 (0 00 14 0 -4 2 5 20 -

D s n Dga Dsl e Tm ea r C nrlr e g o it i a d prt e t e i f il p y e u o oZ O l w, O zi un H U u Z U - ag a - H hg(h c e oecil nrao e ien, a Uiry Ca s 408, a Te g f t a&io tn n rg Hn nei, nh 1 2Ci ) o e l r l e c fm i n e g i u n vs h g a 0 h t n

A s at h at rp s t n lr cn e ad tl t pru d l iw h il bt c: u o r e a t et t dt t c r t e e t a d p y i d t r Te h s n c r h a e c n o o h m a r n i a t i a e oo a n e e s t g mt . ld t c b ao o t c pnn s si t t t pru d itmn, er Ape wh o i tn h o oe e i e h e e t a t nr et t e p i i h m n i f m t e e t t o m a r n h su n v e e e h e s e e b ue i l g iac d p y ga u m n ad tl g Te l c b r d cy c m cn s n - sne l i, s et c rl . d p y e d t . h a e d o d t n i an d t s j n oo i h i a a e i l n n s n a r e Te l oepr et e vd m t d ee ad c n, ic b aot

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K y rss s ot pru; it v t e e; pru tl e w d: o f e t d il a mt t e t c r o e r e a r ga o g e r e a r o o n m e l m e n

温度的测量和人类的生产、 生活有着密切的关系，所以市场上存在各种各样的温度测量仪.在现实生活中，低温的测量常采用具有玻璃外壳的酒精温

度计和水银温度计，这类温度计具有价格低廉、性能稳定、直观性强的优点，但也具有易破碎且只能在现场观察的缺点，水银温度计易造成污染而有害健康.

收稿日期： 0- -1 2 53 0 00

作者简介：周腊吾( 6-,湖南浏阳人， 1 5男， 9 )湖南大学副教授，博士，主要从事电机及其控制、电力系统无功调节与控制以及电力测功机的研究 .

长沙电力学院学报 (自然科学版 )

20年 5 05月

本文所介绍的数显温度计是以半导体二极管作为温度传感器的数字显示温度计，其测温范围为一 0 5-+%, 1 5测温精度达 01 . 0 .应用温度敏感元件和 9 C二次仪表的组合，既可用于远程显示，也可进行调节控制，且能直接读数 .

性.其原理框图如图 1所示 .

1系统硬件设计系统硬件以半导体二极管作为温度传感器， 把温度转换成电压，再以 M 143 C43为基础构成的数字电压表作为显示部分， 71用 4比较器的输出来控制温度.该方案电路结构简单可靠性高，使用方便，且精度较高，相当于 1位 A D转换， 1/具有一定的通用7 1 82

图1系统组成框图

11稳压电路 .直流稳压电源是电子设备的能源电路， 而稳压器是稳压电源的核心部件 .本方案采用 S 70 W 80和 S 70系列的稳压器. W 90稳压电路原理图如图 2所示.为了达到测温精度的要求，在本方案中还采用了

T41 13精密可调基准电源.

70 85

图 2稳压电路原理图

12温度传感器 .二

感器比较，二极

管温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点，而且当二极管的正向电流和温度一定的情况下，其正向压降是非常稳定的.

温度传感器电路如图3 所示.电阻 R一 3其； R.极管 r一 3三极管 Q构成温度传感器电路. ) D、:,中，1 2 D, D串接作为测温探头；: R,, R一 3 3构成恒 D, Q流源电路，给测温探头提供恒定的正向电流.半导体二极管的正向压降决定于正向电流的大小和温度，当正向电流一定时，正向压降随温度的升高而下降.对于普通的硅二极管 I44 N 18而言，具有约一21 . m/ V℃的温度系数，个 I 1串接时，当2 N 4 48总的正向压降与温度的关系约为一 . m/ 42 '. V C

通过计算可以知道， 恒流源提供给 D, 1D的恒 2定电流约为 02 m . . A二极管巧起温度补偿作用， 8保证恒流源能提供稳定的电流. 13数字电压表 .数字电压表是将被测模拟量转换为数字量， 并

进行实时数字显示.该系统由 M 1 3-3 A D C 43位/ 4转换器、 C 1七路达林顿驱动器阵列、 C41 M 13 4 M1 1 5 B D到七段锁存一译码一驱动器和共阴极 L D发 C E光数码管组成.位 A D转换器将输人的模拟信号 3/

20 K

R, Q l!D 3R,47 .K

9 3 01

转换成数字信号；译码器将二进制、十进制(C ) BD码转换成七段信号；驱动器驱动显示器的。bcde,,,,, f7,个发光段， g推动发光数码管(E ) LD进行显示；显示器将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出

I4 4 1 8 N

R 33 K

AD转换结果./14测f显示原理 .测量探头把待测温度转换为相应的电压后， 因为要实现温度的数字显示，就必须有模拟/数字转换

图3温度传感器电路

理论和实践都已证明，一 0 在 5一+1℃的范围 5 0内，二极管的测温精度可达 t 10与其他温度传 0 9, .

装置.在图4 I I Z C及其周围元件构成 AD中， I, 3 CI I C/转换、数字显示电路，这一部分电路以美国 M to o ra ol

第 2卷第 2 0期

周腊吾等：数字显示温度控制器的设计

1 3

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图 4/ A D转换、数字显示电路原理图

长沙电力学院学报 (自然

科学版 )

20 05年 5月

公司生产的AD转换器 M 1 3为核心./ C4 3 4__ 、二 _ _ __ 1、 _一，,. _ _._。 _ __、 _一

到控制温度 .

M13片CO”位积型/ 3单 Ms言双分 A转 2调试方法 C是 4 4 D换器， AD转换器转换精度高，土 .%土1该/达 00 5焊接、 安装好电路后，该数显温度计需要经过调字；转换速率为2 2次/;一5 s输人阻抗大于 1 M试方可正常使用 . 00 0;调试前，先准备好 0℃的冰水和外围元件少，电路结构简单；量程为 1 9 V和 . 9 9 1℃的沸水各 1 M . 0 0 00调试方法和步骤如下： 0 L 1 .m 9 9 9 V两档；输出 82BD代码， 41 C经译码后实现①图4 将R;中， P调到最上端， r为最高电使V f e L D动态扫描显示. C43 E M 1 3的第 2 4脚为外接基准压，把二极管测温探头置于0℃的冰水中， RZ调节 P,使 4只 L D数码管显示的读数为、0 ." E 0 0. 0②将二极管测温探头置于 1℃的沸水中， 0 0调

电压 V f e r输人端； 3第脚为被测电压 Vn i输人端；第 1脚为模板地，此端为高阻输人端，是被测电压和基准电压的地； 1脚为过量程输出标志端 O,第 5 R平时 O R为高电平， Vn V f当I I r即超过量程时，R为 i> e O低电平 .被测电压 Vn与基准电压 V f i e r成下列比例关系(当小数点定位于 4个 L D数码管的十位数 E时)输出读数= VnV fx ..: (i r) 99/e 1 9 15温度控制电路 .图5 是采用固态继电器的温度控制电路.采用固态继电器可避免磁电式继电器触头通断带来的缺点(干扰、可靠性差、寿命低等) .

节R, P, 4只 LD数码显示的读数为“0.,使得 E 1 0 0"且 I ( C 3第 1脚 O为高电 C M 1 3) 5 R I 4 4平.经上述调试后， 该数显温度计可正常工作了，其测温范围是一 0 1%, 5 - 精度达到土 .C.+5 0 01 C该数显温度计的测温范围仅受二极管测温探头的限制，若改用其他的温度传感器，则无需变动电路的其他部分，就可获得不同测温范围的数显温度计 .

3结论文章中数字显示温度计的测量与控制综合了以 往温度计的优点，并可对温度进行控制.本文用 M C 143 43

为基础构成数字电压表显示部分， 71用 4比较器来控制温度.经硬件调试结果证明，所选元器件在 - 0+10 5 - 5℃的范围内，测温精度可达土 .9 . 01 0参考文献：[]蒋宗文， 1樊鑫瑞，徐恕宏.自动显示仪表【 . M]武汉：华中工学院出版社， 5 8 . 1 9

2中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全：M s CO集图5温度控制电路 []《

U是个电压比 较器， S是测量温度相对应的电压与控制温度相对应的电压相比较 .在测量的温度未

成电路【 . ]北京： M国防工业出版社， 8. 15 9[]沈雷.M s 3 C O集成电路原理及应用【]北京： M.光明日报出版社，18 9 6.

达到控制温度时，姚输出低电平( 3 V .约一 . )由于 5 U输出低电平， LD表示正在加温. S绿色 E亮，当测量的温度刚超出设置的控制温度时，5 U输出高电平(+ . V .约 35此时红色 L D亮， ) E表示已达

[]沙占友. 4新编实用数字化侧量技术【]北京： M.国防工业出版社，19 9 8.

[〕沙占友 . 5特种集成电源最新应用技术〔]北京： M.人民邮电出版社 .0 0 . 20