标题: PT100电桥温度测量电路Proteus仿真 TL431+OP07+LM324+LM393+74LS138 [打印本页]
作者: FL17    时间: 2023-4-18 23:34
标题: PT100电桥温度测量电路Proteus仿真 TL431+OP07+LM324+LM393+74LS138
一、 设计过程（原理、方案）
二、 电路原理图及其工作原理
三、 调试过程
四、 设计和调试中出现的问题及解决方法

一、设计过程（原理、方案）

1、总体设计

此项目包含五部分：测量电桥、电桥驱动电源、电压放大电路、温度限报警电路、显示电路。


2、具体电路设计

1）电桥及电源驱动电路设计



图2 电桥电路

基于恒流源的电桥电路如图 1 所示, TL431和 R1 为OP07 提供恒压源 Vref, R5 和 C1 作为电源滤波。同时R2, R3, R4, RT作为测量电桥, 通过检测 A端和B端的电压差 Vab来计算温度的变化,根据集成运算放大器工作在线性区域的输入端虚短特性, OP07的 2 端电压等于3端电压; 由于TL431、R5、 C1 为 OP07 的3 端提供了相对稳定的电压源 Vref，根据集成运算放大器工作在线性区域的输入端虚断特性,流过 R4的电流只流经 Rt, 所以相当于有一个恒流源流经R4和Rt；当电桥达到动态平衡时,有:

R2 ·R4=Rt ·R3

通过计算可知:

Ua=Uerf，Uo=(Uref/R4) ·Rt +Uref=Uref(Rt/R4+1)

Ub=Uo·R3/(R3+R2)= Uref(Rt/R4+1)·R3/(R3+R2)

Uab=Uref-Ub= Uref- Uref(Rt/R4+1)·R3/(R3+R2)

= Uref·[1-(Rt/R4+1)·R3/(R3+R2)]

取R4=R3，R2=Rt0，Rt=Rt0+ΔRt

则电桥电路的输出电压Uab两端的电压为:

Uab=-Uref ·ΔRt / ( R2+R3 )

从而求得铂热电阻阻值变化量:

ΔRt=-Uab · ( R2+R3 ) /Uref

可见 ΔRt 与 Uo 成线性关系。

2）电压放大电路设计

图2电路中，取R3、R4等于0.51K，R2、Rt0等于100欧姆，又Uerf=2.5V

则  Uab=-4.2 X10-3 XΔRt

当温度他t=0°C时ΔRt=0，Uab=0V

    t=70°C时ΔRt=27.8欧 Uab=-0.1168V

因此，放大器所需的放大倍数为：A=3/0.1168=25

放大电路如图3所示。由图3可知，Rg上的电压是V1-V2，IR3=IRg

Ua-Ub=(R10+VR3+R15)(Vo1-Vo2)/VR3

或Vo1-Vo2=(1+2R10/ VR3)(Ua-Ub)

Vo=R12/R11(Vo1-Vo2)= R12/R11(1+2R10/ VR3)(Ua-Ub)

所以 A= (1+2R10/ VR3) · R7/R6=A1 X A2

可取R8=4.7K，Rg=0.996K， 则A1=10.42

取 R7=24K，R6=10K   A2=2.4   

则A=10.42x2.4=25


3)温度报警及显示电路设计

用比较器比较10℃、25℃温度值，由138译码器译码，得到报警状态：

t小于10℃；

t大于10℃，小于25℃；

t大于25℃；

比较阈值计算：

当t=0oC时，放大器输出Vo=3V×10/70=0.42V

当t=25oC时，放大器输出Vo=3V×25/70=1.71V

二、电路原理图及其工作原理

1、整体电路原理图
温度测量采用铂热电阻（PT100）测量，将0oC ~70oC的温度进行测量与放大，转化为0-3V的电压信号输出。
2、各部分电路
（1）电桥电路
TL431所在的左下部分电路主要是为了提供3脚一个2.5V的电压值，R5和电容的主要作用是滤波。温度的变化可以通过计算Ua和Ub之间的电压差计算得到。
（2）电压放大电路
R6=10k,R7=24k,R8=4.7k,Rg=1k,第一部分的电桥电路的Ua，Ub分别输入到电压放大电路的Ua，Ub端口。并在VO处输出一个电压。
则Uab=4.2X103X△Rt
当温度 t=0°C时△Rt=0,Uab=0V
t=70°C时△Rt=27.8欧Uab=-0.1168V
因此，放大器所需的放大倍数为：A=3/0.1168=25
V01-V02=(R8+R8+Rg)(V1-V2/Rg)或V01-V02=(1+2R8/Rg)(V1-V2)
V0=R7/R6(V01--V02)=R7/R6(1+2R8/Rg)(V1-V2)
所以A=(1+2R8/Rg)·R7/R6=A1*A2
可取R8=4.7K,Rg=1K.则A1=10
取R7=24.9K R6=10K、A2=2.5则A=10x2.5=25
（3）温度显示电路
用比较器比较10°C、25°C温度值，由74LS138译码器译码，得到灯的状态
当温度小于10°C时，绿灯亮。
当温度在10°C--25°C时，黄灯亮。
当温度大于25°C时，红灯亮。

三、调试过程

1、调节RV2、RV3，使得LM393的第2脚、第6脚的电压分别为1.07V和0.42V。
2、改变RV1，将RV1调到最大值，记录此时V0的数值。
V0=0.18
3、改变RV1，观察灯的状态，记录相应状态的数据，表格如下
V0
Ua
Ub
灯的状态
0.18
2.49
2.49
红
临界状态（0.42）
2.49
2.51
红、绿
0.47
2.49
2.51
绿
临界状态（1.70）
2.49
2.53
绿、黄
1.22
2.49
2.53
黄
其中一组数据图片：

四、设计和调试中出现的问题及解决方法

1、LM324 3脚输出电压不为2.5V。
原因：LM324焊接不到位，再次焊接后输出成功。
2、放大电路中LM324 1脚输出电压为3.8V。
原因:4脚未接5V输入，并且多处虚焊。重新焊接后电压正常。
3、显示电路中三个灯不亮,74LS138接三个灯的15脚,14脚,12脚的电压均为5V。
原因:芯片坏掉，更换芯片后电压正常。

五、心得体会

通过本次设计，我确实学习到了好多东西，对于模电中所学的测量放大器，以及，模拟集成运算放大器有了更深一步的理解，并学会了将理论知识向实际应用的转变，并且由于设计的需要，我还将数字电路进行了简单的了解。本次设计中，我还学会了去查阅各种资料，包括各种使用过的芯片，都可以通过互联网查阅到相关的使用手册，十分方便，也加速了设计的速度，少走了好多弯路，避免了将时间花费在实际测试探索，从而有充分的时间去改进电路，在电路调试中，我又加深了模电课中所学到的有关于电路的频率响应特性的相关知识，同时，看到自己做的实际电路在经过反复的测试后终于达到预期的效果而感到十分的欣慰与自豪。
在实际调试中我遇到很多问题，刚开始的时候感觉很烦躁，但是，还要解决问题，于是慢慢静下心来分析原因，再结合所学的理论知识与实际中的现象，慢慢还是找到了问题的所在，可以说，通过这次设计，我学到的不仅仅是知识了，还学会了分析问题的方法，我很荣幸能有做这次设计的机会，我也很珍惜这次锻炼自己的机会。相信下次能做的更好！

Proteus8仿真工程与word: 温度检测.7z (710.55 KB, 下载次数: 45)
作者: 1015393530fyf    时间: 2024-7-4 16:08
楼主太厉害了，我好崇拜
作者: ksmgyxing    时间: 2024-7-17 01:50
有病毒下载不了
作者: admin    时间: 2024-7-17 03:46
ksmgyxing 发表于 2024-7-17 01:50
有病毒下载不了

误报 换个浏览器下载,或者在手机上下载后传到电脑,



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