北 京 邮 电 大 学
电子电路综合设计实验
课题名称：热电阻温度测量系统的设计与实现
索 引
一、概要
1.1、课题名称
热电阻温度测量系统的设计与实现
1.2、报告摘要
为了实现利用热敏电阻测量系统温度，设计实验电路。利用热电阻100为温度测量单元，系统主要包括传感电路、放大电路、滤波电路、转换电路和显示电路五个单元构成。通过包含热敏电阻的电桥电路实现温度信号向电信号的转换，利用三运放差分电路实现放大差模信号抑制共模信号并通过二极管显示二进制数来显示温度值。此电路可以定量的显示出温度的与转换器输入电压的关系，再通过量化就可以实现温度测量的功能。报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，最后总结本次实验并给出了电路图。
1.3、关键字
测量温度 热敏电阻 差分放大 低通滤波 转换
二、设计任务要求
（1）了解掌握热电阻的特性和使用方法。 （2）了解数模转换电路的设计和实现方法。 （3）了解电子系统设计的方法和基本步骤。
（4）设计一个利用热电阻100 为温度测量元件设计一个电子测温系统，用发光二极管显示的输出状态，并模拟测温（实际上实验室给的是300），用 软件绘制完整的电路原理图 （）。
三、设计思路与总体结构图
图1：热电阻温度测量的系统原理框图
如图将系统划分为传感器电路、放大电路、滤波电路、转换电路显示器和电源电路共六个单元。传感器是由100及若干精密电阻和电位器构成的电桥电路组成；放大器是有运放324构成仪表放大器，具有较高的共模抑制比和输入阻抗；滤波电路采用高精度07二阶低通有源滤波器；模数转换电路是用0804进行设计，并利用555N产生频率为1到1.3的时钟信号来使数模转换电路实现实时同步；显示电路由发光二极管构成；电源电路采用变压器、稳压模块和整流桥等器件进行设计。
四、分块电路和总体电路的设计
4.1、温度传感器电路设计
4.1.1铂热电阻
热电阻是利用温度变化是自身阻值随之变化的特性来测量温度的，工业上广泛的用于测量中低温区（-200℃—500℃）的温度。
铂热电阻在氧化性介质中，甚至在高温下，物理、化学性质都比较稳定，因此具有较好的稳定性和测量精度，主要用于高精度温度测量和标准测温装置中。
铂热电阻 与温度的关系，在0—630.74℃以内为
在-190
-0
以内为：
式中为t
时的电阻值； 是0
时的电阻值；t为任意温度值；A、B、C为
分度系数， ，。
但是实际实验中的使用的是300，而且根据在实验室的实际测量300在20℃时是325Ω，而且其阻值随着温度的升高而降低。
4.1.2热电阻温度传感器的接入方式
热电阻由于精度高、性能稳定等优点在工业测试中得到广泛应用。流过热电阻的电流一般为4-5，不能过大，否则产生热量过多而导致影响测量精度。
因为热电阻的阻值很小，所以其测量误差与接线电阻有关。为了降低导线电阻的影响，实际温度测量中常用电桥作为热电阻的测量电路，电桥接线法能精确地测量温度。
热敏电阻测量电路：
图2：电桥接线法
电阻电桥输出的电压信号反映了两个输出端之间的信号变化。根据电路的基
本结构以及电路定理推导可得 ，只要满足
，电桥的输出电压与热电阻的变化量成正比，并且输出电压与 之间是线性关系。
调试过程中，要求在零度的时候输出为0，在100-138.5时输出为25.67，所以取 4.2
。
集成三运放差分放大电路设计
324N的三个运算放大器组合设计成一个仪表放大器。这样就可以拥有较高的输入阻抗和共模抑制比，二级放大信号失真小，噪声和温漂的影响也被降到最低。以下（图3）是用324N构成仪表运算放大器的电路图：
图3：三运放差分放大器
由电子电路基础中运放的分析方法，虚短、虚断理论可以推得：
U2324N和U2324N构成放大电路的输入部分，而U2324N为差分放大部分。从整个电路来看，该电路具有输入阻抗高、共模抑制比高、温漂影响小和二级放大信号失真小等优点。由于有1是变阻器，故放大倍数可以调节，方便实验的进行，理论计算得到的放大倍数：88—224
对上式进行分析讨论如下：
(1)如果输入信号由差模信号和共模信号叠加组成，则在理想条件下（即理想的运放和放大器中对称的电阻元件），电路的共模抑制比可以达到无穷大；
(2)如果输入是完全的共模信号，即令 ，可以得到
，这说明在差分 和 所构成的输入放大部
分对共模信号没有任何的放大作用。
电路的调试与校准基本上与原理图一致，实际的放大倍数在调节中得到的放大倍数为90-200倍，与理论值的88-224基本相同，满足系统对于这一级放大倍数的要求。
4.3滤波器电路设计
本系统中为了去掉50信号和其他随机噪声的干扰，在对信号进行转换和
显示之前对信号进行滤波。从滤波效果和电路的实际应用来考虑，本滤波系统采用07设计了一个二阶压控电压源低通滤波电路，如图4所示：
电子电路设计实验(热电阻温度测量系统的设计与实现)
