水溫測量儀測量電路設(shè)計方案(編輯修改稿)
2025-06-08 00:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電位被其箝位在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，即Uo＝UZ。當(dāng)ui＞UR時，運放輸出低電平，DZ正向?qū)?，輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向壓降UD，即 Uo＝－UD。因此，以UR為界，當(dāng)輸入電壓ui變化時，輸出端反映出兩種狀態(tài)，高電位和低電位。以上介紹的是最簡單的電壓比較器原理。比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應(yīng)用電路。圖23 由運算放大器組成的差分放大器電路,RF/R1為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于RR2短 路)，R3=RF=∞(相當(dāng)于RRF開路)時，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖 25的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。因此為了實現(xiàn)報警功能，可在輸出電壓端接一個電壓比較器，利用電壓的大小關(guān)系起到報警作用。 圖25 在實例中采用圖26比較器。其中電阻參數(shù)?。篟7=R8=10KΩ，R9=1KΩ，在圖 26所示VCC3為報警時的溫度設(shè)定電壓。R7，R8用于穩(wěn)定輸入電壓，決定了系統(tǒng)的精度。而R9用于報警設(shè)備的輸入電阻，用于控制輸入電流的大小。 圖26 水溫測量儀電壓比較器電路 報警設(shè)備LED發(fā)光二極管（見下圖27）：報警設(shè)備可用一個發(fā)光二極管來充當(dāng)，發(fā)光二極管LED，它是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫。發(fā)光二極管發(fā)熱量小，耗電少。發(fā)光二極管有很多優(yōu)勢：1. 電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在624V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。 2. 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 3. 適用性：很小，每個單元LED小片是35mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 4. 穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50% 5. 響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級 6. 對環(huán)境污染：無有害金屬汞 報警分析： 當(dāng)加與U2端的電壓大于設(shè)定溫度Uref時，U3有了正向輸出，二極管LED導(dǎo)通，發(fā)光，報警完成。圖27 發(fā)光二極管 水溫測量儀工作過程將上述器件加以組合得到圖28所示：水溫測量過程及報警分析：將AD590放入水中，將會產(chǎn)生相應(yīng)大小的電流，電流經(jīng)過Ro，在Ro兩端產(chǎn)生電壓，進而由一個運放組成的電壓跟隨器輸出。然而經(jīng)過絕對溫度與電壓的轉(zhuǎn)換后還需要變換為攝氏度與電壓的關(guān)系。于是在電壓跟隨器后接一個差分減法器以達目的。如圖28所示。取Ri=500KΩ，D1的穩(wěn)壓Uad1為2V。運放F2與R5,R6組成同向放大器。由虛斷，虛短可得：Uref = （1+ ）Uad1 ()所以，可以取R6=,R5=10KΩ，此時Uref=。之后可將電壓跟隨器的輸出電壓與上式所求得的電壓接至差分減法器的兩端。在減法器（放大器）作用之后，我們獲得電壓與溫度的直接關(guān)系。在U2端接一電壓表，即可讀的溫度值。比如水的溫度為12℃。完成了電壓的讀取，還需進行電壓比較以達到報警的目的。在前面已經(jīng)討論了比較器的原理。設(shè)計所要求的報警溫度為50℃，即比較電壓為5V。所以應(yīng)該在比較器比較端VCC3接5V的恒壓源。當(dāng)輸出電壓U25V時，U30。此時二極管截止。當(dāng)輸出電壓5V時，U30。此時二極管導(dǎo)通, LED發(fā)光。報警過程完成。在實際應(yīng)用中，我們?nèi)CC1=12V。
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