基于湿敏电阻实现湿度测量电路的设计

中北大学

课程设计说明书

学生姓名：杨伟光学号：0805014125

学院：信息与通信工程学院

专业：电子信息科学与技术

题目：基于湿敏电阻实现湿度测量电路的设计

指导教师：程耀瑜职称: 教授

李文强职称: 讲师

2011 年 1 月 7 日

中北大学

课程设计任务书

2010/2011 学年第一学期

学院：信息与通信工程学院

专业：电子信息科学与技术

学生姓名：杨伟光学号：0805014125 课程设计题目：基于湿敏电阻实现湿度测量电路的设计起迄日期：12月26日～1月7日

课程设计地点：中北大学

指导教师：程耀瑜，李文强

系主任：程耀瑜

下达任务书日期: 2010 年 12 月 26 日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录

1 设计目的 (1)

2 设计意义 (1)

3 湿度的定义与测量方法 (1)

3.1 湿度的定义 (1)

3.2 湿度的测量方法 (1)

4. CHR-01型湿敏电阻 (2)

4.1 CHR-01型湿敏电阻的工作原理 (2)

4.2 CHR-01型湿敏电阻的性能参数 (2)

4.3 CHR-01湿敏电阻的外形尺寸及内部结构示意图 (3)

4.4使用湿敏电阻注意的问题 (3)

5. 实验所用芯片简介 (4)

5.1 OP07AJ简介 (4)

5.2 555定时器简介 (5)

6. 湿度测量方案简介 (6)

7. 电路工作原理 (6)

7.1 由运算放大器构成的湿度检测电路工作原理 (6)

7.2 由555定时器构成的湿度检测电路工作原理 (7)

8. 湿度测量电路原理图与仿真结果 (9)

8.1 由运算放大器构成的湿度检测电路原理图 (9)

8.2 由运算放大器构成的湿度检测电路仿真结果 (10)

8.3 由555定时器构成的湿度检测电路原理图 (11)

8.4 由555定时器构成的湿度检测仿真结果 (12)

9. 实验数据采集与分析 (13)

10. 实验总结与感想 (14)

附录一所需元器件清单 (16)

附录二参考文献 (17)

1.设计目的

本次设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外还培养用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

2.设计意义

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。对环境温、湿度的控制以及对工业材料水分值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一,但在常规的环境参数中，湿度是比较难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外，湿度的校准也是一个难题。随着科学技术的不断发展，湿度的测量越来越智能化，近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。

基于湿度测量的准确性难以保证及校准的问题,本次设计力图用所学的相关知识,尽可能用最简单的方法设设计一个湿度检测电路,并且能够较准确的实现湿度测量。

3.湿度的定义与测量方法

3.1湿度的定义

在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH%表示。总言之，即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。

湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值（重量或体积）等等。

3.2 湿度的测量方法

常见的湿度测量方法有：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱

和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和电子式传感器法。

①双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达±2%RH以上。

②静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡6~8小时。

③露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达±0.2℃甚至更高。但用现代光电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。

④干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有5~7%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。

⑤电子式湿度传感器法，电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业, 近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。

4.CHR-01型湿敏电阻

4.1 CHR-01湿敏电阻的工作原理

采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上,形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件,导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率。

4.2 CHR-01湿敏电阻的性能参数

(1）特点：

具有感湿范围宽，精度高、响应速度快，抗污染能力强，耐水性好，性能稳定可靠，一致性好，信号输出为通用型，使用便利，替代进口产品等特点。

(2) 特性参数：

①湿度敏感元件：高分子湿敏电阻“CHR-01”；

②供电电压：DC5V±5%；

③耗电电流：2mA；

④使用温度范围：0～60℃；

⑤湿度检测范围：20～90%RH；

⑥储存温度范围：－20～70℃；

⑦储存湿度范围：95%RH以下（非凝露）；

⑧湿度检测精度：±5%RH（温度25℃）。

(3) 适用范围：

电子、纺织、仓储、烟草、制药、气象等行业；温湿度表、加湿器、除湿机、空调、微波炉等产品[8]。

4.3 CHR-01湿敏电阻的外形尺寸及内部结构示意图

图4.1 CHR-01湿敏电阻的外形尺寸及内部结构示意图

4.4 使用湿敏电阻注意的问题

湿敏电阻存在非线性特征，为了提高它的精度，如何改善它的非线性就成为迫切需要解决的问题。实际应用中最常用的方法之一是分段线性插值法，即每一定的间隔为一段，分别求出相应的插值公式。在实际测湿度时，根据频率的大小

用相应的插值公式求取相应的湿度值。由于现有的湿度值标定只能精确到 1 % RH，没有小数位，并且通常标定五个点，所以在数据处理上较本系统中的温度处理容易一些，处理过程中可以完全调用温度值处理的一些子程序。

湿敏电阻的输出值有随温度而漂移的特性，这也是湿敏电阻普遍存在的另一个问题。它典型温度漂移系数为+0.1%RH/0C。为了保证湿度测量的精度，采用相应的温度补偿措施是必要的。方法是在湿敏电阻标定时，把标定时的环境温度值记录下来，在向存储器存入标定数据时，同时将这个标定温度值存入。当程序实际运行时，每次把测得的温度值和这个标定的环境温度值比较，求出差值，再将这个差值转换为湿度值的偏差值，就可以求出真实的湿度值。

5.实验所用芯片简介

5.1 OP07AJ简介

输入失调电压：10mv

输入失调电压失调系数：0.2uF\℃

偏执电流:0.7nA

增益带宽积GB:0.6MHz

转换速率:0.3V\us

消耗电流:22mA

电源电压:±22V

5.2 555定时器简介

555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 1 和图2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控

制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

6.湿度测量方案简介

湿敏电阻是一种对环境湿度敏感的元件，它的电阻值能随着环境的相对湿度变化而变化。 根据此原理,可将湿敏电阻连入电路中,测量它的电压值或者电流值可间接测量和反映湿度的大小,或者将湿敏电阻连入方波发生电路，测量方波的周期来间接测量和反映湿度的大小。本文主要是用运算放大器或者555定时器设计一个方波发生电路，通过测量方波的周期来实现对湿度大小的测量。

7.电路工作原理

7.1由运算放大器构成的湿度检测电路工作原理 （1）工作原理

当电路接通时，u +>u _ ,由于运放开环增益很大，又具有正反馈，因此输出电压U O 将迅速上升为+U Z ，则

5

53()Z P

R u U R R +=

++ （1）

与此同时，U O 将通过R 1使C 12充电，U C 由零向正方向逐渐上升。在u _< u +之前，U O = +U Z 保持不变。只要u _ 上升到略大于u + 时，正反馈将使U O 迅速变为-U Z ，则

5

53()Z P

R u U R R +=

-+ （2）

此后，在U O = -U Z 的作用下，电容C 12通过R 1放电，u _ 向负方向下降。在u _> u + 期间，U O = -U Z 保持不变。只要u _下降到略小于u + 时，又出现正反馈过程，最终导致U O = +U Z 。如此周而复始，在输出端U O 将产生方波信号，方波的幅值为±U Z 。利用单片机对U O 处的信号采集，就可得到方波的周期。

（2） 方波周期计算

方波的周期可以由电容充、放电规律和波形发生器工作原理求得。电容两端电压的变化规律为：

[]()()(0)()t

C C C C u t U U U e τ-

=∞+-∞ （3）

其中，U C (0)为在选定时起点时电容C 12上的电压值，即

5

53(0)()C Z P

R U U R R =

++ （4）

U C (∞) 是t=∞时，电容电压的终值

()C Z U U ∞=- （5）

τ是电容充电、放电时间常数

112R C τ= （6）

将这些值代入式（3），得

112

553()()t

R C C Z Z Z P R u U U U e R R ???=-++--??+??

（7）

式中，△t = t - t 1, 且t 1 ≤ t ≤ t 2 。当2

T t ?=时，则 5

53c Z P

R u U R R =-

+ （8）

于是

112255

5353()T

R C Z Z Z Z P P

R R U U U U e R R R R --=-++++ （9） 解此式可得方波的周期为

5

112322ln(1)P

R T R C R =+

（10） 由此式可见，改变R 1、C 12 、R 5和R 3P 都能改变方波周期。当测试电路确定以后，R 1、C 12、R 5和R 3都是常量，只有R p 是变量。前面的分析已经可测量出方波的周期，通过标定就可得到湿度值。

7.2由555定时器构成的湿度检测电路工作原理

假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上的电压Uc略低于Vcc，Uo输出高电平，VT截止，电源Vcc通过R1，R2给C充电。随着充电的进行，Uc 逐渐增大，但只要1/3Vcc

当电容C上的电压Uc略超过2/3Vcc时，RS触发器置0，使输出电压从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，VT饱和导通，此时电容C通过R2和VT放电。随着电容C放电，Uc下降，但只要1/3Vcc

当Uc下降到略微低于1/3Vcc时，RS触发器置1，电路输出又变为Uo=1，VT 截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。因为两个状态随着电容的充，放电自动结束，所以两个状态都称为暂稳态。

主要参数

有以上分析可知，输出矩形波高，低电平的宽度分别相当于两个暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间又与充，放电时间常数和两个触发端的触发电压有关系，所以可以利用一阶电路过度过程的公式计算有关参数。

（1）电容充电时间T1

一阶电路过渡过程的计算公式为：

u C (t)=u

C

(∞)-[u

C

(∞)-u

C

(0+)]exp(-t/τ

充

)

式中，u

C (∞)=Vcc，为电容C充电的终值电压；u

C

(0)=1/3Vcc，为电容C充

电的起始电压值；τ

充

=（R1+R2）C，为电容C充电的时间常数。

当充电到t=t1时，u

C

(t1)= 2/3Vcc，这是暂稳态结束时的转换电平。将上述各值代入一阶电路过渡过程的计算公式中得

T1=（R1+R2）Cln2=0.7（R1+R2）C

（2）电容充电时间T2

同理，由u

C 的波形可知，放电过程中u

C

的初值和终值分别为u

C

(0+)=2/3Vcc，

u C (∞)=0V，当放电到t=t2时，u

C

(t2)= 1/3Vcc，电容C的放电时间常数τ

放

=R2C。

将上述各值代入一阶电路过渡过程的计算公式中得T2=R2Cln2=0.7R2C

（3）电路的振荡周期为：T= T1+ T2=0.7（R1+2R2）C

8.湿度测量电路原理图与仿真结果

8.1由运算放大器构成的湿度检测电路原理图8.1.1用Multisim仿真的电路原理图

8.1.2用Protel设计的电路原理图

8.2由运算放大器构成的湿度检测电路仿真结果

8．3由555定时器构成的湿度检测电路原理图8.3.1用Multisim仿真的电路原理图

8.3.2用Protel设计的电路原理图

8.4由555定时器构成的湿度检测仿真结果

9．实验数据采集与分析

9.1由运算放大器构成的湿度检测电路的数据采集

9.2由555定时器构成的湿度检测电路的数据采集

10．实验总结与个人感想

本次课程设计是做一个基于湿敏电阻湿度实现湿度测量的电路，经过两周的时间,我们终于完成了此次课程设计。本次课程设计我们是通过由运放构成的方波发生器和由555定时器构成的矩形波发生器来完成湿度检测的,这两种电路各有各自的优缺点。

对于由运放构成的方波发生器，其方波频率可由电阻的阻值的变化而成线性变化，这对后续的信号处理是很有帮助的，当湿敏电阻接入后，阻值随湿度的变化而变化，而方波发生器的频率则随湿敏电阻阻值的变化而变化，接入的湿敏电阻可以很大,这样测量湿度的范围比较大,这是由运放构成方波发生器的优点，但缺点也明显，那就是该方波并不是数字信号，该方波的幅值在（Vz+Vd）与-（Vz+Vd）间变化，还得做进一步的后续电路处理才能将方波信号转化为数字信号，以方便后续单片机对信号的处理。

而由555定时器构成的矩形波发生器的输出信号则为数字信号，不用再做处理就可直接为单片机所用，这个优点是不容置疑的。但该电路构成的矩形波发生器其频率并不随湿敏电阻阻值的变化而成线性变化，虽然有确定的关系式。而且当湿敏电阻阻值过大或过小时，该方波波形的占空比将严重偏离50%，这样造成由它构成的方波发生器测量湿度的范围比较小。

由相对湿度的定义我们可以知道，湿度并不仅仅与空气中的水汽有关，还与温度有关，因此后续单片机得对两种信号进行综合处理，这样才能减小误差。

通过这两个电路的对比，可以发现每个电路都会有其优点与缺点，关键是要如何取舍，同时还得仔细想想能否将其优点融合，但往往会碰壁，这正应了那句老话“鱼跟熊掌不可兼得”，在进行电路设计时我们可以根据具体要求进行取舍。

这次课程设计，使我们明白要将课本的理论知识变成具体的实物设计还得经过一番的努力，这几乎是一个全新的学习过程，与理论学习大不相同，课程设计培养的是我们的动手能力，光有理论知识是不能成事的。

这次课程设计，我们各有各的分工，大家通力合作，最终使本次课程设计任务得以顺利的完成，如果只是一个在做，我想在两周的时间内使不可能完成的。这次课程设计使我们明白团队合作的重要性，这在以后的学习和生活中将使我们受益匪浅，对将来的学习和工作都非常有益。

通过这次设计我们对以前所学过的理论知识，通过进一步的学习，有了更深的了解，对以前没学到的知识通过这几个月的学习、查资料也得到了弥补。尤其是对数电模电，经过学习和应用，对其原理与应用有了更深的掌握，也知道了其在实际的工程中的应用。同时，还是我们明白团队合作的重要性，

附录一所需元器件清单

用热敏电阻测量温度

PB05210298 张晶晶 实验报告三 实验题目：用热敏电阻测量温度 实验原理： 1． 半导体热敏电阻的电阻——温度特性 某些金属氧化物半导体（如：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度关系满足式（1）： T B T e R R ∞= （1） 式中R T 是温度T 时的热敏电阻阻值，R ∞是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。 金属的电阻与温度的关系满足（2）： )](1[1212t t a R R t t -+= （2） 式中a 是与金属材料温度特性有关的系数，R t1、R t2分别对应于温度t 1、t 2时的电阻值。 根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定： dt dR R a t t 1= （3） R t 是在温度为t 时的电阻值，由图3.5.2-1（a ）可知，在R-t 曲线某一特定点作切线，便可求出该温度时的半导体电阻温度系数a 。 2． 惠斯通电桥的工作原理 半导体热敏电阻和金属电阻的阻值范围，一般在1～106 Ω,需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是应用很广泛的一种仪器。 惠斯通电桥的原理，如图3.5.2-2（a ）所示。四个电阻R 0、R 1、R 2、R x 组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中R x 就是待测电阻。在四边形的一对对角A 和C 之间连接电源E ，而在另一对对角B 和D 之间接入检流计G 。当B 和D 两点电位相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有02 1 R R R R x = ，

R 1/R 2和R 0都已知，R x 即可求出。R 1/R 2称电桥的比例臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定值，共分0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000 七挡。R 0为标准可变电阻，由有四个旋钮的电阻箱组成，最小改变量为1Ω，保证结构有四位有效数字。 02 1 R R R R x 是在电桥平衡的条件下推导出来的。电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的，而检流计的灵敏度总是有限的。如实验中所用的张丝式检流计，其指针偏转一格所对应的电流约为10-6A ，当通过它的电流比10-7A 还小时，指针的偏转小于0.1格，就很难觉察出来。假设电桥在R 1/R 2=1时调到平衡，则有

电阻测量的六种方法

电阻测量的六种方法 电阻的测量是恒定电路问题中的重点，也是学生学习中的难点。这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法，从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。 一．欧姆表测电阻 1、欧姆表的结构、原理 它的结构如图1,由三个部件组成：G是内阻为Rg、 满偏电流为Ig的电流计。R是可变电阻，也称调零电阻， 电池的电动势为E，内阻为r。 图1 欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。 当红、黑表笔接上待测电阻Rx时，由闭合电路欧姆定律可知： I = E/（R+Rg+Rx+r）= E/（R内+R X） 由电流的表达式可知：通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比，但存在一一对应的关系，即测出相应的电流，就可算出相应的电阻，这就是欧姆表测电阻的基本原理。 2．使用注意事项： （1）欧姆表的指针偏转角度越大，待测电阻阻值越小，所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反，即左大右小；电流表、电压表刻度是均匀的，而欧姆表的刻度是不均匀的，左密右稀，这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。 （2）多用表上的红黑接线柱，表示＋、－两极。黑表笔接电池的正极，红表笔接电池的负极，电流总是从红笔流入，黑笔流出。 （3）测量电阻时，每一次换档都应该进行调零 （4）测量时，应使指针尽可能在满刻度的中央附近。（一般在中值刻度的1/3区域）

（5）测量时，被测电阻应和电源、其它的元件断开。 （6）测量时，不能用双手同时接触表笔，因为人体是一个电阻，使用完毕，将选择开关拨离欧姆档，一般旋至交流电压的最高档或OFF 档。 二．伏安法测电阻 1．原理：根据部分电路欧姆定律。 2．控制电路的选择 控制电路有两种：一种是限流电路（如图2）； 另一种是分压电路。（如图3） （1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。其优点是节省能量；一般在两种控制电路都可以选择的时候，优先考虑限流电路。 （2）分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来，再从可变电阻的两个接线柱引出导线。如图3，其输出电压由ap 之间的电阻决定，这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。在下列三种情况下，一定要使用分压电路： ① 要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。 ② 滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。 ③ 电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。 3．测量电路 由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：即电流表内接和电流表外接。 （1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图4、图5 图 2 图3

湿度传感器课程设计报告书

第一章湿度传感器的功能及其原理 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。可见，湿度测量在各个行业都是至关重要的。 在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络技术和传感器技术的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、智能化、网络化发展。随着2011年物联网作为新兴产业列入国家发展战略，传感器技术作为物联网的最前端—感知层，在其发展中占了举足轻重的地位。而湿度作为日常生产、生活中最重要的参数之一，它的检测在各种环境，各个领域都对起了重要作用。 测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。 应用IH3605型温度传感器与集成运放设计测量湿度的电路，测量相对湿度(RH)的围为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。要求测量电路具有调零功能和温度补偿功能。使用环境温度为0℃~85℃。

第二章课程设计的要求及技术指标 2.1课程设计的要求 1.根据设计要求，查阅参考资料。 2.进行方案设计及可行性论证。 3.确定设计方案，画出电路原理框图。 4.设计每一部分电路，计算器件参数。 5.总结撰写课程设计报告。 2.2 课程设计的技术指标 1.湿度测量围：0％～100％RH； 2.使用环境温度围：0～85℃； 3.输出电压：0～10V； 4.非线性误差：±0.5％。

电阻的测量方法及原理.doc

一、电阻的测量方法及原理 一、 xx 法测电阻 1、电路原理 “xx 法”就是用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I, 再根据欧姆定律求出电阻R= U/I 的测量电阻的一种方法。 电路图如图一所示。 如果电表为理想电表，即 RV=∞，RA=0用图一（甲）和图一（乙）两种接法测出的电阻相等。但实际测量中所用电表并非理想电表，电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢？ xx一（甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流 表内接法，则“ xx 法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为 四个字：“大内小外”。 2、误差分析 （ 1）、电流表外接法

由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示，电压表的测量值 U 为 ab 间电压，电流表的测量值为干路电流，是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测 = U/I = Rab = (Rv ∥R)= (Rv ×R)/(Rv+R) < R( 电阻的真实值 ) 可以看出，此时 R 测的系统误差主要来源于 Rv 的分流作用，其相对误差为δ外 = R/R = (R-R 测)/R = R/(Rv+R) （2 ）、电流表内接法 其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和电 流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的 电压之和， 故：R测 = U/I = RA+R > R 此时 R测的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为 : δ内 =R/R = (R 测-R)/R = RA/R 综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即 " 大内" ；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”。

基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计(论文)

题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控 制系统设计 摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。 关键词： NTC TL431 温度线性转换 Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D and D/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy + 1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function. Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion

温湿度检测仪的设计报告

报告成绩 电子电路综合实验设计报告设计题目：温湿度检测仪的设计 学生姓名： 学号： 专业年级： 指导教师： 起止日期：2016年5月—2016年6月 电气与信息工程学院 2016年6月19日

目录 1 目的与意义---------------------------------------------------------------------------------------------- 1 2 设计要求------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 3 方案设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 3.1 方案一-------------------------------------------------------------------------------------------- 1 3.2 方案二------------------------------------------------------------------------------------------ 2 4 系统硬件设计------------------------------------------------------------------------------------------- 2 4.1 STC89C52主控电路--------------------------------------------------------------------------- 3 4.2 DTH11温湿度检测电路 ---------------------------------------------------------------------- 4 4.3 LCD1602液晶屏显示电路 ------------------------------------------------------------------- 5 5 系统软件设计------------------------------------------------------------------------------------------- 6 5.1 主程序程序流程图 ---------------------------------------------------------------------------- 6 5.2 温湿度检测程序 ------------------------------------------------------------------------------- 2 5.3 LCD1206显示程序 ---------------------------------------------------------------------------- 9 6 系统测试结果与分析-------------------------------------------------------------------------------- 11 6.1系统测试结果 -------------------------------------------------------------------------------- 11 6.2 系统结果分析 -------------------------------------------------------------------------------- 11 7 总结 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 11参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 11附录 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12附录A 系统实物图 ----------------------------------------------------------------------------- 12附录B 系统主程序 ------------------------------------------------------------------------------ 12

热敏电阻测温电路设计

电子设计大赛论文 （B组） 热敏电阻测温电路设计 第三十组 K3队 组队成员：顾代辉黄龑罗程 2010年5月23日

摘要：科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个 很重要的东西。下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。题目所给图是一个在工业场合的温度测量系统，采用RTD 电阻温度检测器。通过分析可知，ref R 两端分到的电压即为ref V ,Vo3输出的电压即为NTC 两段分到的电压。而要求我们设计的电路所用的是NTC 负温度系数热敏电阻器。题目要求我们将电流产生电路的电流控制在0.1m A 。这里我们简 单的将 ref R 改成25k 。对于滤波电路，我们设计各个参数使得其截至频率在100Hz 左右，就 能滤掉1000HZ 的干扰信号；对于基准源，我们都用基本的连接方法，输出电压为2.5V ；对于稳压管，输出电压为恒定的5V ；对于串口连接，我们用到MAX232芯片其中一个接口，与单片机的RXD/TXD 连接传输数据。 关键词：温度传感器 AVR 串口显示 I ．电路分析 （1） 电流产生电路分析： 首先对于运放A1，由虚短和虚断，可知 111211 120 V V I I === 有： 1121221 O V V V R R --= 可解得：1121122=O V V V = 即第一个运放功能为将信号放大两倍。 对于运放A2,同理，有 212221 220 V V I I === 有:221O V V =可见，运放A2是一个电压跟随器。

又：24211234( )2 REF O REF O O V V R V V V V R R -?+=+=+ 11122O REF O V V V V ==+ 故： REF R 两端分到的电压为 122R O REF REF O O REF V V V V V V V =-=+-= 由此可见： REF R 两端分压恒为基准电压 REF V ，只要基准电压和 REF R 的值不变，则 通过 REF R 的电流REF REF V I R = 2.5 12.5mA k ==为恒定值，该电路的作用为产生恒定电流。 由于3233p n V V V ==，故Rline 和R6相当于并联， 66'1001R R I I Rline ==，故100'101 I I I =≈ 故可认为恒定电流I 都通过热敏电阻RTD 。 运放A3以及NTD 分析： 由叠加法分析，当31V 接地时，033131317100'6100R k V V V V R k =- =-=- 当32V 接地时，03323276100100''26100R R k k V V V R k ++= == 故0303033231'''2V V V V V =+=- …………………… ① 而32()'RTD V Rline R I =+? …………………… ② 31(2)'RTD V Rline R I =+? …………………… ③

(推荐)热敏电阻测温电路

热敏电阻测温电路 热敏电阻测量电路 本测温控温电路适用于家用空调、电热取暖器、恒温箱、温床育苗、人工孵化、农牧科研等电热设备。其使用温度范围是0~50℃，测控温精度为±（0.2~0.5）℃. 2.2.1 原理电路 本测温控温电路由温度检测、显示、设定及控制等部分组成，见图2.2.1。图中D1~D4为单电源四运放器LM324的四个单独的运算放大器。RT1~RTn为PTC感温探头，其用量取决于被测对象的容积。 RP1用于对微安表调零，RP2用于调节D2的输出使微安表指满度。S 为转换开关。 图2.2.1 测温控温电路由RT检测到的温度信息，输入D1的反馈回路。该信息既作为D2的输入信号，经D2放大后通过微安表显示被测温度；又作为比较器D4的同相输入信号，与D3输出的设定基准信号，构成D4的差模输入电压。当被控对象的实际温度低于由RP3预设的温度时，RT的阻值较小，此时D4同相输入电压的绝对值小于反相输入电压的绝对值，于是D4输出为高电位，从而使晶体管V饱和导通，继电器K得电吸合常开触点JK，负载RL由市电供电，对被控物进行加热。当被控对象的实际温度升到预设值时， D4同相输入电压的绝对值大于反相输入电压的绝对值， D4的输出为低电位，从而导致V截止，K失电释放触点JK至常开，市电停止向RL供电，被控物进入恒温阶段。如此反复运行，达到预设的控温目的。

2.2.2 主要元器件选择本测温控温电路选用PTC热敏电阻为感温元件，该元件在0℃时的电阻值为264Ω，制作成温度传感器探测头，按图2.2.2线化处理后封装于护套内， 其电阻-温度特性见图2.2.3. 图2.2.2 线化电路线化后的PTC热敏电阻感温探头具有良好的线性，其平均灵敏度达16Ω/℃左右。如果采用数模转换网络、与非门电路及数码显示器，替代本电路的微安表显示器，很容易实现远距离多点集中的遥测。继电器的选型取决于负载功率。为便于调节，RP1~RP4选用线性带锁紧机构的微调电位器。 2.2.3 安装与调试调试工作主要是调整指示器的零点和满度指示。先将S接通R0，调节RP1使微安表指零，于此同时，调节RP4使其阻值与RP1相同，以保持D1与D4的对称性。然后将S接通R1，调节RP2使微安表指满度。最后，按RT的标准阻-温曲线，将RP3调到与设定温度相应的阻值，即可投入使用。本测温控温电路适用于家用空调、电热取暖器、恒温箱、温床育苗、人工孵化、农牧科研等电热设备。其使用温度范围是0~50℃，测控温精度为±（0.2~0.5）℃.

湿度检测电路的设计报告

湿度检测电路的设计报告 目录 一、设计要求 (2) 二、设计的作用、目的 (2) 三、设计的具体实现 (2) 3.1 系统概述 (2) 3.2 单元电路设计、仿真与设计 (4) 3.3 PCB制版 (9) 四、心得体会及建议 (12) 五、附录 (14) 六、参考文献 (15)

一、设计要求 (1).分析各部分电路的原理，说明其作用。 (2).用Multisim仿真软件进行局部仿真。 (3).用Protel软件画原理图。 二、设计的作用、目的 (1). 进一步巩固和加强《模拟电子技术基础》课程的理论知识； (2). 基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计能力； (3). 熟悉并学会选用电子元器件，了解电子产品研制开发过程； (4). 掌握电子电路中基本单元电路的构成原理； (5). 学会撰写课程设计总结报告，加强论文写作能力； (6). 通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力； (7). 培养创新能力和创新思维； 三、设计的具体实现 1.系统概述 (1) 系统框图

(2) 系统原理简述 湿度检测电路就是由H104R湿度传感器及集成运放所构成的电路器件等构成的电路。该电路是将交流电压加到湿度传感器上，它由振荡电路、缓冲器、整流电路、温度补偿差分放大电路、湿度输出放大电路、温度检测电路、温度输出放大电路等组成。该电路的电源电压为±l2V，振荡电路的振荡频率为1KHz。传感器特性补偿由R1、R2、R3完成。RH湿敏电阻H104R的温度系数为0.7%RH/℃。常用热敏电阻RT组成的电路作为温度补偿电路，用于温度检测，它和后级的温度放大电路同时取出相应的温度输出信号。从而可将湿度传感器取出的信号经过放大，并与热敏电阻的温度信号一起经也合成后输出相应的湿度信号。 (3) 原理图： 图2 湿度检测电路原理图 (4) 调试过程： 调整步骤:①调节电位器RP1，使al的振荡电压为4.5V;②用2Ok Ω假电阻替换热敏电阻RT;③用68kΩ假电阻替换湿度传感器H1O4R，调节电位器RP3，使U。1输出为4.0V;④将68kΩ假电阻换成7.OkΩ假电阻，调节电位器RP2，使湿度输出U。1，为8.0V;⑤重复③、④步骤2一3次，将电位器固定，湿度输出U。1为4·0V和8·0V，再将假电阻换成湿度传感器和热敏

基于湿敏电阻实现湿度测量电路的设计

中北大学 课程设计说明书 学生姓名：杨伟光学号：0805014125 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 题目：基于湿敏电阻实现湿度测量电路的设计 指导教师：程耀瑜职称: 教授 李文强职称: 讲师 2011 年 1 月 7 日

中北大学 课程设计任务书 2010/2011 学年第一学期 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 学生姓名：杨伟光学号：0805014125 课程设计题目：基于湿敏电阻实现湿度测量电路的设计起迄日期：12月26日～1月7日 课程设计地点：中北大学 指导教师：程耀瑜，李文强 系主任：程耀瑜 下达任务书日期: 2010 年 12 月 26 日 课程设计任务书

课程设计任务书

目录

1 设计目的 (1) 2 设计意义 (1) 3 湿度的定义与测量方法 (1) 3.1 湿度的定义 (1) 3.2 湿度的测量方法 (1) 4. CHR-01型湿敏电阻 (2) 4.1 CHR-01型湿敏电阻的工作原理 (2) 4.2 CHR-01型湿敏电阻的性能参数 (2) 4.3 CHR-01湿敏电阻的外形尺寸及内部结构示意图 (3) 4.4使用湿敏电阻注意的问题 (3) 5. 实验所用芯片简介 (4) 5.1 OP07AJ简介 (4) 5.2 555定时器简介 (5) 6. 湿度测量方案简介 (6) 7. 电路工作原理 (6) 7.1 由运算放大器构成的湿度检测电路工作原理 (6) 7.2 由555定时器构成的湿度检测电路工作原理 (7) 8. 湿度测量电路原理图与仿真结果 (9) 8.1 由运算放大器构成的湿度检测电路原理图 (9) 8.2 由运算放大器构成的湿度检测电路仿真结果 (10) 8.3 由555定时器构成的湿度检测电路原理图 (11) 8.4 由555定时器构成的湿度检测仿真结果 (12) 9. 实验数据采集与分析 (13) 10. 实验总结与感想 (14) 附录一所需元器件清单 (16) 附录二参考文献 (17) 1.设计目的

温度监测及报警电路(热敏电阻+LM324)

温度监测及报警电路（热敏电阻+LM324）姓名：_____孔亮______ 学号：____0928401116____ 一、元件介绍： 1、热敏电阻MF53-1：

2、LM324： LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。lm324引脚图见图2。 图一图二由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 3、LED——发光二极管 LED(Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。 一般LED工作时，加10mA足以使之正常工作，故电阻值为V o/10mA，即为外加电阻的值，如+5V的电压下可以使用500欧姆的电阻。 二、设计原理： 检测电路采用热敏电阻RT(MF53-1)作为测温元件；采用LM324作比较电路；用发光二极管实现自动报警。 报警分三级：温度>20O C，一个灯亮； 温度>40O C，二个灯亮； 温度>60O C，三个灯亮。

直流电阻测试仪原理

直流电阻快速测试仪概述 变压器绕组的直流电阻测试是变压器在交接、大修和改变分接开关后，必不可少的试验项日。通过测量变压器绕组的直流电阻，可以检查出引线的焊接或连接质量，绕组有无匝间短路或开路，以及分接开关的接触是否良好等情况。在以前对直阻的测量均采用QJ44双臂电桥来测量，而这类电桥的测量电流为毫安级，测量起来时问需要很长，而且精度也较低。为了改变这种状况，缩短测量时问以及减轻测试人员的工作负担，武汉华电高科升发了3A直流电阻快速测试仪。变压器直流电阻测量是变压器制造中半成品、成品出厂试验、安装、交接试验及电力部门预防性试验的必测项目，能有效发现变压器线圈的选材、焊接、连接部位松动、缺股、断线等制造缺陷和运行后存在的隐患。 直流电阻测试仪测量变压器绕组的直流电阻是一个很重要的试验项目，在《电力设备试验规程》中，其次序排在变压器试验项目的第二位，《规程》规定在变压器交接、大修、小修、变更分接头位置、故障检查及预试等，必须测量变压器绕组的直流电阻，其目的是： 1、检查绕组内部导线和引线的焊接质量 2、检查分接开关各个位置接触是否良好 3、检查绕组或引出线有无折断处 4、检查并联支路的正确性，是否存在由几条并联导线绕成的绕组发生一处或几处断线的情况 5、检查层、匝间有无短路的现象 直流电阻测试仪是新一代变压器直流电阻的测试仪器，它能根据不同型号的电力变压器自动选择测试电流，以最快的速度显示测试结果。直流电阻测试仪并且具有充电、放电指示等功能，液晶显示器的采用使得该仪器人机界面良好，是直流电阻测试工作中的首选设备。直流电阻测试仪是取代直流单、双臂电桥的高精度换代产品。仪器采用了先进的开关电源技术，其测量速度比电桥快一百多倍，显示部分由四位半LCD液晶显示测量结果，三位半LCD液晶显示环境温度或测试电流值，克服了其它同类产品由LED显示值在阳光下不便读数的缺点，同时具备了自动消弧功能。3A直流电阻快速测试仪具有测速快、精度高、显示直观、抗干扰能力强、体积小、耗电省、测试数据稳定可靠、不受人为因素影响等优点。仪器内装可充电电池组(12V)，交直流两用，便于现场及野外测试。直流电阻测试仪符合DLT845.3-2004《电阻测量装置通用技术条件第3部分直流电阻测试仪》的要求。 直流电阻测试仪用途 直流接地电阻测试仪是测量电力变压器、大型电机、互感器等各种感性负载的直流电阻及低压开关接触电阻、电线电缆或焊缝接口电阻的理想仪器。 直流电阻测试仪性能特点 1、测试速度快：本仪器最大输出充电电流可达3A，测量时能有效地补偿大电感设备电流惯性，加速了铁芯饱和，从而缩短了充电时间，提高了测试速度，比传统仪器单、双臂电桥快几百倍。 2、准确度高：本仪器除了采用先进的四端子测量法外，而且还采用先进的恒流电源技术，使得对感性负载充电电流保持在一个相对的稳定值，抗感能力稳定，抗干扰能力强，进而保证了测量准确度。并且采用国外进口优质元器件，测量结果准确度高，重复性好。 3、测量范围广：电阻测量范围为lu Q～2KQ，量程广。

自动检测课程设计报告

课程设计报告湿度传感器及应用

摘要 在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络技术和传感器技术的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、智能化、网络化发展。随着2011年物联网作为新兴产业列入国家发展战略，传感器技术作为物联网的最前端—感知层，在其发展中占了举足轻重的地位。而湿度作为日常生产、生活中最重要的参数之一，它的检测在各种环境，各个领域都对起了重要作用。 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，湿度传感器是指检测外界环境湿度的传感器，它将所测环境湿度转换为便于处理、显示、记录的电(频率)信号等。它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。它是一类重要的化学传感器，在仓贮、工业生产、过程控制、环境监测、家用电器、气象等方面有着广泛的应用。 测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。 应用IH3605型温度传感器与集成运放设计测量湿度的电路，测量相对湿度(RH)的范围为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。要求测量电路具有调零功能和温度补偿功能。使用环境温度为0℃~85℃。 本次设计的是湿度传感器，主要对湿度传感器的工作原理、组成结构加以论述，并对其测量原理图进行分析，进而使我们能够更深层的对湿度传感器进行理解；除此之外，在本次设计中也简要介绍了湿度传感器的相关特性以及参数如何选择，以便于用户能够正确选用相应的种类和型号。 另外，我又结合了实际案例对湿度传感器的应用技术和应用领域加以分析，并概括了其日后的发展趋势。 关键词：工作原理；组成结构；测量原理图；特性及参数选择；应用；发展趋势

高中电学实验第一讲：电阻的测量方法及原理

高中电学实验第一讲：电阻的测量方法及原理 一、伏安法测电阻 1、电路原理 “伏安法”就是用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻 R= U/I 的测量电阻的一种方法。 电路图如图一所示。 如果电表为理想电表，即 R V=∞，R A=0用图一（甲）和图一（乙）两种接法测出的电阻相等。但实际测量中所用电表并非理想电表，电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢？ 若将图一（甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流表内接法，则“伏安法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为四个字：“大内小外”。

2、误差分析 （1）、电流表外接法 由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示，电压表的测量值 U 为ab间电压，电流表的测量值为干路电流，是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测 = U/I = Rab = (Rv∥R)= (Rv×R)/(Rv+R) < R(电阻的真实值) 可以看出，此时 R测的系统误差主要来源于 Rv 的分流作用，其相对误差为δ外= ΔR/R = (R-R测)/R = R/(Rv+R)

（ 2）、电流表内接法 其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和 电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和， 故：R测 = U/I = RA+R > R 此时R测的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为: δ内= ΔR/R = (R测-R)/R = RA/R 综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即" 大内"；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”。 3、电路的选择 （一）比值比较法 1、“大内”：当 R >> RA 时， ，选择电流表内接法测量，误差更小。

基于单片机的电阻测量设计修改

基于单片机的电阻测量设计修改

1．设计目的及其意义 本设计基于单片机和AD转换器实现电阻的测量。采用ADC0809，实现由模拟电压转换到数字信号，通过单片机系统处理后，由LCD显示被测量电阻的阻值。测量范围为1Ω～5KΩ，精度大于98%。 2．方案设计 2.1 总体设计思路 本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为电压测量（数据采集）、模数转换、阻值显示等子模块。电路结构可划分为：电压测量，电压转换电阻，阻值显示及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、显示等功能。 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：电压测量电路，电压转换电路，阻值显示电路、单片机及相关的控制软件组成；它们之间的构成框图如图1总体设计框图所示： 电压测电压 转换 电阻 AT89C 测量精

图1 总体设计框图 处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。当测量一个电阻时，经过电压采集，电压转换为电阻，电阻显示三个部分可以在LCD上显示该被测电阻的阻值。当被测电阻为100Ω范围以内时，通过开关选择测量量程，再次测量该电阻，以减小误差。 2.2 具体电路模块设计 2.2.1 电压测量的设计 如图2所示为被测电阻电压测量。电压经过已知电阻R1和被测电阻Rx 接到地。通过OUT输出被测电阻Rx上的电压。送到ADC0809的IN0口。 图 2 被测电阻电压测量图

2.2.2 模数ADC转换的设计 由电压测量得到的电压经过ADC模数转换可得到8位的电压值，经过欧姆定律（即电压之比等于电阻之比）可得到被测电阻的阻值的大小。公式如下 本设计用到的R1的阻值为600Ω和300Ω。 由被测电阻得到的电压值经ADC0809的26脚IN0输入，经过内部的AD 转换，在OUT1～7输出数字电压量，经过上述公式的转变，在P2口上的显示的数字量为被测电阻的阻值数字量。如图3所示为被测电阻电压量转换为阻值量。 图 3 被测电阻电压量转换为阻值量图 2.2.3 液晶显示电路的设计 经过ADC0809模数转换得到的电阻值数字量，在MCU的P2口输入，MCU 系统处理后在P0口由LCD1602显示出来该被测电阻的阻值。如图4所示为被测电阻阻值显示。

热电阻测量电路

1、二线制接法 采用两线制的测温电桥如图所示：（a）为接线示意图，（b）为等效原理图。从图中可以看出热电阻两引线电阻RW和热电阻RW一起构成电桥测量臂，这样引线电阻RW因沿线环境温度改变引起的阻值变化量2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精度。 （a）示意图（b）等效原理图 分析两线制由于引线电阻的误差 图中，r为引线的电阻，Rt为Pt电阻，其中由欧姆定律可得： 当Rr=Rt时（电桥平衡），V0=-I2*2r 。 从V0的表达式可以看出，引线电阻的影响十分明显，两线制接线法的误差很大。 //由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻的电阻值中，使测量结果产生附加误差。如在100℃时Pt100热电阻的热电阻率为0.379Ω/℃，这时若导线的电阻值为2Ω，则会引起的测量误差为5.3 ℃。 2、三线制接法

三线制接线法构成如图所示测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。目前三线制在工业检测中应用最广。而且，在测温范围窄或导线长，导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制热电阻。 （a）示意图（b）等效原理图 三线制接线法由图1-13所示，由欧姆定律可得： 当Rr=Rt时，电桥平衡，I1=I2，V0=0。 可见三线制接线法可很好的消除引线电阻，提高热电阻的精度。 3、四线制接法 如图所示，在热电阻感温元件的两端各连两根引线，此种引线形式称为四线制热电阻。在高精度测量时，要采用如图所示四线制测温电桥。此种引线方式不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，可消除该电阻的影响，还可以通过CPU定时控制继电器的一对触点C和D的通断，改变测量热电阻中的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响。四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响. 当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供

电子电路设计实验(热电阻温度测量系统的设计与实现)

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。

热敏电阻温度测量电路

热敏电阻温度测量电路 下图是温度在0~50℃范围的测量电路。当温度为0℃时输出电压是0V ，温度为50℃时是5V 。他可以与电压表链接来测量温度，也可以连接AD 转换器变换为数字量，利用计算机之类进行测量。 1、工作原理 该电路由检测温度的热敏电阻和1个运算放大器电路，以及将0~50℃的温度信息变换为0~5V 电压的2个运算放大器电路构成。 热敏电阻检测温度时，利用热敏电阻TH R 与电阻3R 分压后的电压作为检测电压进行处理，在这里是利用运算放大器1OP 的电压跟随器电路提取的。输出电压的极性为正，随着温度的上升，热敏电阻的电阻值降低，所以输出电压也下降。 检出的信号加在1OP 和电阻~4R 7R 构成的差动放大电路的正输入端上，而加在负输入端上的是由8R 、9R 、1VR 对5V 分压后的电压，这部分是电压调整电路，可以在温度为0℃时将1OP 的输出电压调整为0V ，这样就可以输出与温度上升成比例的负电压。 2OP 的输出加在由3OP 构成的反转放大电路上被放大，放大倍数为—10211/)(R VR R +倍。调整2VR 可以使温度达50℃时3OP 的输出电压为+5V 。 通过调整1VR 和2VR ，可以在0℃时得到0V 的输出电压，50℃时得到5V 的输出电压，使输出电压与温度成比例。 2、设计 （1）温度测量范围以及输出电压、电源电压的确定：设定温度测量范围为0~50℃，这时的输出电压是0~5V 。电路使用的电源为±15V ，基准电压为5V 。 （2）热敏电阻和运算放大器的选定：这里使用NTC 型热敏电阻，选用25℃的电阻值为10K Ω，误差在±1%以内的NTH4G39A 103F02型，这种热敏电阻的常数为B=3900。 (3)补偿电阻3R 的确定：电阻3R 的作用是当热敏电阻的温度变化时，将相对应的输出电压的变化线性化。设线性化的温度范围是0~50℃，，那么补偿电阻3 R