化學(xué)反應(yīng)釜課程設(shè)計--化學(xué)反應(yīng)釜溫度電子控制器設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-14 14:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 并轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過濾波放大電路，成為有用信號進入電壓比較器，與輸入控制溫度電壓信號進行比較，比較結(jié)果信號將驅(qū)動反應(yīng)次數(shù)計數(shù)裝置工作，對被測體的溫度進行實時控制，電壓比較器的比較結(jié)果還將決定是否發(fā)出聲光報警。此方案是將測量溫度與輸入控制溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號進行比較，從而實現(xiàn)了溫度的控制。 三運放放大電路低通濾波器輸入控制溫度超限聲光報警裝置溫度傳感器計數(shù)并顯示反應(yīng)次裝置數(shù)溫度控制裝置電壓比較器圖2表2 方案二材料表序號元器件名稱規(guī)格型號數(shù)量1運算放大器LM324D42電壓比價器LM39323電容10nF~100F若干4電阻~100K若干5555定時器NE55526計數(shù)器74LS16027蜂鳴器5VDC18發(fā)光二極管~2方案選擇：方案一：將所有的信號都轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理，克服了模擬信號易受干擾的缺點。而且系統(tǒng)的主要處理部件均采用數(shù)字式的元器件，從而使信號的模式與之匹配，對于信號處理的精度就有了保證。但是由于其上、下限溫度限定電路復(fù)雜，而且本設(shè)計只設(shè)計兩點溫度比較，所以A/D轉(zhuǎn)換器部分過于繁雜。綜合考慮故此方案舍棄。方案二：符合要求中控制溫度與報警、反應(yīng)次數(shù)計數(shù)的要求?？刂齐娐分幸阅M信號為主，實現(xiàn)起來簡單且準確。 綜上所述，考慮到兩個方案的優(yōu)缺點，選擇方案二作為此次溫度控制電路的設(shè)計方案。整體構(gòu)思： 總體設(shè)計框圖如下圖3所示，從溫度的采集到與設(shè)定溫度的比較，再到控制過程都是模擬信號，在顯示電路中，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示，考慮到傳感器得到的是弱信號并且伴有5mv共模干擾信號，所以在設(shè)計電路過程中，采用三運放放大電路。整個溫度控制部分主要由以下幾個模塊構(gòu)成：溫度傳感器、放大器、濾波器、電壓比較器、控制電路（溫控電路）、聲光報警器、顯示電路。模擬部分原理方框圖：溫度傳感器三運放放大電路濾波器比較器圖3 數(shù)字部分原理方框圖:數(shù)字信號數(shù)值比較器加熱裝置高低溫報警器反應(yīng)計數(shù)輸入控制溫度報警計數(shù)圖4三 電路組成及工作原理。圖5 化學(xué)反應(yīng)釜溫度電子控制器模電部分總電路原理圖由直流電源模擬傳感器傳出的電壓信號，通過三運放差分放大電路后，放大一定的倍數(shù)，使電壓與溫度成線性關(guān)系。放大電壓信號通過低通濾波器，調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率，濾掉高頻干擾信號同時得出電壓放大倍數(shù)。經(jīng)過濾波電路的信號通過窗口比較器，實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。 。圖6 四 電路及元器件的選擇與計算1．放大電路的組成考慮傳感器輸出電壓信號的特點，前置級應(yīng)該滿足下述要求：（1）高輸入阻抗。輸出信號是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號，為了減少信號源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗。一般情況下，信號源的內(nèi)阻為100kΩ，則放大器的輸入阻抗應(yīng)大于1MΩ。（2）高共模抑制比CMRR。前置級須采用CMRR高的差動放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。（3）低噪聲、低漂移。主要作用是對信號源的影響小，拾取信號的能力強，以及能夠使輸出穩(wěn)定。如圖7所示的同相并聯(lián)三運放結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以較好地滿足上面三條要求。放大器的第一級主要用來提高整個放大電路的輸入阻抗。第二級采用差動電路用以提高共模抑制比。 圖7三運放差分放大電路如圖7為三運放構(gòu)成的差分電路，這是一種現(xiàn)代工程中常用的差分放大結(jié)構(gòu)。運放A3和A4構(gòu)成放大部分，A5為差分放大部分。從電路結(jié)構(gòu)可知，該電路具有輸入阻抗、共模抑制比高，溫漂影響小和二級放大信號失真小等優(yōu)點。當(dāng)R3=R4，R5=R6時，兩級的總增益為兩個差模增益的乘積，即：Avd=(（Rp+2R1）/Rp)(R6/R4) 由此可知，上述電路具有輸入阻抗高，共模抑制比高等優(yōu)點，故選用此三運放差分電路來放大小輸入電壓信號Ux。參數(shù)選擇：R1=R2= ，Rp= ，R3=R4= ，R5=R6=1k 則輸出電壓U0=(（Rp+2R1）/Rp)(R6/R4)Ux，通過改變Rp可以改變電壓放大倍數(shù)。調(diào)節(jié)Rp，使溫度150℃時。最終保證輸出和溫度數(shù)值上的一個線性關(guān)系，通過電壓值可以知道溫度值，而達到測量溫度的目的。 考慮到實際工作環(huán)境中各種信號的干擾，所以選擇了一階低通電路。如圖8所示，為反相輸入一階低通濾波器。 圖8LM324的原理及結(jié)構(gòu)LM324是運放集成電路，電路模型如圖9所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖7所示的符號來表示，它有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；Vi+（+）為同相輸入端。 LM324的引腳排列見圖10。 圖9 圖10聲光報警555單限比較器溫度設(shè)定圖11該報警裝置如圖11所示，主要構(gòu)成器件為555定時器集成芯片。它組成的多諧振蕩器再加上發(fā)光器件和蜂鳴器，就構(gòu)成了此聲光報警器，當(dāng)前置電路產(chǎn)生的邏輯信號為高電平時，則該聲光報警裝置工作，發(fā)出聲光報警。該設(shè)計的發(fā)聲頻率為： f=[(R14+2R15)C4] ≈所以，發(fā)聲持續(xù)時間
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