徐永梅

（淮安市高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校 電子工程系，江蘇 淮安 223005）

測量溫度時常用玻璃管溫度計，玻璃管溫度計通常采用刻度讀數(shù)，讀數(shù)不夠直觀，且不能遠傳并易碎。鑒于此種情況，設(shè)計一種可直接讀出數(shù)字的溫度表，它可以測量表面溫度，可以實現(xiàn)非接觸式測量，測量的溫度范圍也比較大。

該數(shù)字式溫度表可連續(xù)測量-50～200℃范圍內(nèi)的各種氣體和液體的溫度，精確度可達1℃，實際電流為24～26 mA，電源電壓220 V，電源提供的實際功率大致為5.288～5.720 VA。其由傳感器和表頭等部分組成。同時還可以測量溫度計不能測量的，如：有毒的氣體和腐蝕的液體。具有檢測準確、安全可靠等特點，是理想溫度檢測儀表。

該數(shù)字式溫度表，是一種方便攜帶又易用的溫度表。它通過熱敏電阻作為傳感器，得到每一度熱敏電阻的電壓變化值，用LM324集成運放進行跟隨放大，然后送入ICL7107進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再通過數(shù)碼管進行溫度顯示。

1 設(shè)計方案

1.1 方框圖

圖1 方框圖

如圖1所示，Pt100熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，恒流源電路將電阻值轉(zhuǎn)換成電壓，使用LM324中的兩塊運放，第一塊將Pt100的電壓信號進行跟隨，第二塊放大，ICL7107組成A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)碼驅(qū)動電路。四只數(shù)碼管共同組成高精度數(shù)字電壓表頭，用來顯示溫度（1mV就代表1℃）。

1.2 主電路圖

主電路圖如圖2所示。

圖2 主電路圖

2 原理分析

2.1 電源電路

圖3 電源原理圖

穩(wěn)壓電源由220V/5W的有中心抽頭的變壓器經(jīng)橋式整流、電容濾波、LM7805、LM7905組成有正負輸出的5V集成穩(wěn)壓電源，提供給電路的各部分，數(shù)碼管的電源則由3個1N4007串聯(lián)降壓后提供2V的供電電源。電源電路如圖3。

橋式整流電路，接上濾波電容器后，有如下特點：

（1）負載電壓中的脈動的成分降低了許多；

（2）負載電壓的平均值有所提高。在RL一定時，濾波電容越大，UL越大。設(shè)計時可估算

UL=1～1.1U2（半波）；

UL=1.2U2（全波橋式整流）。

濾波電容的確定

RL×C＞=（3～5）T（半波整流時）；

RL×C＞=（3～5）T/2（全波橋式整流時）。

T為交流電的周期。

LM78/LM79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件少，電路內(nèi)部有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠方便，且價格便宜。LM78系列輸出正電壓，LM79系列輸出負電壓，LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓值，如LM7805表示輸出電壓為正5V，LM7905表示輸出電壓為負5V。

2.2 Pt100溫度檢測器

Pt100是一種以白金（Pt）作成的電阻式溫度檢測器，屬于正電阻系數(shù)熱敏電阻傳感器，Pt100溫度傳感器具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。

鉑熱電阻的線性較好，在0～100℃之間變化時，最大非線性偏差小于0.5℃，Pt100溫度傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下：

測量范圍：-200～850℃。

允許偏差值△℃：

A級±（0.15+0.002│t│）；

B級±（0.30+0.005│t│）。

最小置入深度：

熱電阻的最小置入深度≥200mm；

允通電流≤5mA。

Pt100熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化：溫度是0℃，阻值為100Ω；溫度100℃時，阻值為138.5Ω；溫度200℃時，阻值177Ω；溫度電阻系數(shù)0.385Ω/℃，基本呈線性增長。

2.3 恒流源電路

9012三極管的IC=IE=（2.5～0.7）/1.8=1mA，將電阻值轉(zhuǎn)換成電壓，就是通過Pt100的電流為恒定電壓時，可將溫度→電壓，完成非電→電信號的轉(zhuǎn)換過程。

2.4 運放電路

集成運放LM324如圖4，使用LM324中的兩塊運放。第一塊將Pt100的電壓信號進行跟隨，目的是用集成運放的輸入電阻高達107Ω以上（Ri→∞），可將Pt100上的電壓信號幾乎毫無衰減地全部傳輸?shù)较乱患壏糯?。第二塊放大的目的：其一是進行電壓放大。通過調(diào)整20 kΩ電阻，使溫度為100℃時候，輸出電壓為100 mV；其二，由-5V電源、1kΩ、5.1kΩ、510 Ω可調(diào)電阻組成集成運放的輔助調(diào)零電路，目的是為實現(xiàn)電平移動，當輸入信號為100 mV時，輸出電壓0。

LM324是四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部包含4組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，4組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列及原理圖見圖4。

圖4 LM324四比例運算放大器管腳分布圖及原理圖

2.5 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換電路，由ICL7107組成A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)碼驅(qū)動電路，ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器電路，它包含有7段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)，ICL7107可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，4只數(shù)碼管共同組成高精度數(shù)字電壓表頭，用來顯示溫度（1mV就代表1℃）。

ICL7107安裝時要注意：

（1）辨認引腳。芯片的第一腳，是正放芯片，面對型號字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。

許多廠家會在第一腳旁邊打上一個小圓點作為標記。

知道了第一腳之后，按照反時針方向去走，依次是第2至第40引腳（1腳與40腳遙遙相對）。

（2）牢記關(guān)鍵點的電壓。芯片第一腳是供電，正確電壓是DC5V，第26引腳是負電源引腳，正確電壓數(shù)值是負的，在-3V至-5V都認為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。

3 結(jié)束語

該電路在測量溫度時數(shù)字顯示，可行性很強，操作簡單，使用方便，精度為1℃，量程為-50～200℃，能滿足一般應(yīng)用場合的需要。

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