TA的每日心情 | 怒
2019-11-20 15:16 |
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系统方案的确定& ^- O9 p: N6 p9 q
3.1 温度传感器产品分类与选择1 j; q7 z" W0 w: z! D( l' q
温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中最常见、最基本的
/ V' `9 x# W6 c1 ?- P! V产量之一。在很多场合都需要对温度进行测控，而温度测控离不开温度传感器，因此，8 P# ~6 u4 l- n0 k* S/ p
掌握正确的测温方法及温度传感器的使用方法极为重要。
! B6 F& S' ^& X! [! [2 M3 d% ?( S3.1.1 常用的测温方法( W9 @2 h9 g0 G
物体受热后温度就要升高，任何两个温度不同的物体相接触都必然产生热交换，直2 @, v$ o) G6 W! [; I# Q. h
到两者的温度达到平衡为止。据此，可以选择某种温度传感器与被测物体接触进行温度* z: z$ F$ h1 \( z$ ~* Q
测量，这种方法称为接触式测温。接触式测温常用于较低温度的测量。
" X. ?3 q9 @" G$ v; h7 `此外，物体受热后温度升高的同时还伴有热辐射，因此，可利用温度传感器接收被7 g+ B& t- m% i B4 e6 s
测物体在不同温度下辐射能量的不同来测量温度，这种测温方法称为非接触式测温。非* F) e5 {& v/ }' H6 b2 r$ x0 U% n
接触式测温常用于高温测量。; Z, k2 z0 V3 _
3.1.2 温度传感器产品分类
0 W( B1 K; r" C$ P+ Z目前，温度传感器没有统一的分类方法。按输出量分类有模拟式温度传感器和数字7 c& g1 L7 u8 u+ `
式温度传感器。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按类型分7 g2 M* B, x$ J+ h
类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成式温度传感器和智能温度传感器（即
; _3 ] c% a1 W' l J6 ] o) {1 i1 L* d数字温度传感器）。& M/ d# v# Q. e/ z; T0 ?
模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。其特点是输出响应速度较快: K2 s) |" o: J9 y
和MPU（微处理器）接口较复杂。数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，同模/ E+ V X, K- l9 w' }1 L. I
拟输出相比，它输出响应较慢，但容易与MPU接口。下面对工程中常用的温度传感器做$ e' K) E; s+ l' K. j: r* |1 [
简单介绍。
; g" w% C9 c. s7 o3 a1. 热敏电阻式温度传感器/ L8 J$ l1 F0 ~8 P9 X* K) d. e9 g3 Q
电阻式温度传感器分为热电阻式温度传感器和热敏电阻温度传感器，他们的特点是
7 E7 @; b, l+ }( h自身的电阻值随温度而变化。- N. a) d @/ X3 Y
热敏电阻式利用半导体材料制成的敏感组件，通常所用的热敏电阻温度传感器都是0 q* q8 ?, a+ C# t* u9 i+ o
具有负温度系数的热敏电阻，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的升高而减少，; [4 Q6 v2 h, t$ Q3 _0 [' D
5. ~5 e. A7 m- p1 g
简称NTC。其优点是灵敏度高，体积小，寿命长，工作稳定，易于实现远距离；缺点是互
; h, C$ p3 F# n% T/ t0 S换性差，非线性严重。
1 i3 a2 L R1 T; g: p7 y- Q2. 热电阻式温度传感器
J/ ~9 _ w& `( z: d, R+ R5 e% N利用热电阻温度系数随温度变化的特性而制成的温度传感器。称为热电阻温度传感4 S# G7 q0 C) M: U# ~! W
器。对于大多数金属导体，其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。由于纯金属的温5 c) E' R7 X0 v# Q5 s3 X: f8 u
度系数比合金的高，因此均采用纯金属作为热电阻组件。常用的金属导体材料有铂、铜、$ F1 Z; H. m% ?: N1 ?
铁和镍。6 q6 L* x( x8 D% R8 U. k8 v1 }: _
3. 热电偶式温度传感器- r* m9 o' |3 ~" n
热电偶是一种传统的温度传感器，其测温范围一般为-50 到+1600℃，最高可达
5 n& V" `+ ?7 F' W |+2800℃，并且有较高的测量精度。另外，热电偶产品已实现标准化、系列化，使用时易0 M/ h( ~5 s9 v$ s4 Y( z+ ~1 g- l
于选择，可方便地用计算机做线性补偿，因此，至今在测温领域内仍被广泛使用。它的! d1 b- A" O7 J
理论基础是建立在热电效应上，将热能转化为电能。
- |/ q% u6 b0 o% |& {/ v4. 模拟集成温度传感器
( t2 p% `& l, C集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感/ G; C* R9 K) X: P
器。模拟集成温度传感器是在20 世纪80 年代问世的。它是将温度传感器集成在一个芯
9 i2 b8 h2 e* w, b0 l# d+ @' g) \ }' f片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传
( W0 f4 o" k- A9 ]; O% Q感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格
( {1 }. [0 d; q) ~+ S% @低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行" v. E" k( y2 V' d8 C1 U
非线性校准。外围电路简单，它是目前在国内外应用较为普遍的一种集成传感器。
) ~1 T& x& u; j6 I5 ]5. 智能温度传感器/ I5 A4 b" J Y3 T( k
智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20 世纪90 年代中期问世的。智能温
# G, Y4 M# m+ `, l" ~; _度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领1 Y8 y1 A0 |0 h9 M( S
域中最具活力和发展前途的一种新产品。目前，行许多著名的集成电路生产已开发出上
& O7 A: x* W3 E, ?- W百种智能温度传感器产品。
7 h' k x# P9 x) ^; q$ S T智能温度传感器具有以下三个显著特点：第一，能输出温度数据及相关的温度控制7 l, d' A& P- b/ t9 V) r
量，适配各种微控制器（ mcu）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温4 [0 ?4 V/ F6 @; }3 \$ T7 ~$ T4 b
度测控系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也
) F& ?: c9 d9 {1 X取决于软件的开发水平。$ T" I3 ~2 r2 e2 O: t; c7 n O
智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 传感器、存储器（或寄存器）和接口电
! H, D8 D$ ?* a路。有的产品还带多路控制器、中央控制器（ CPU）、随机存取储存器（ RAM）和只读存
* T6 s! ] G; O1 n. K; @- N( ~% ]1 f6
% b) l" Q2 D6 G储器（ ROM）。) x4 K! N- ]. T% c6 {1 Q
3.1.3 温度传感器的选择
4 p% v: _; _3 O& a9 K4 U在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍在测控系统中选择传感器的总原则，; h# E8 U. ?* s e
本原则适用于各种传感器的选择。
! d$ A$ _- N2 T# x4 Z1. 选择传感器的总原则
?3 i3 f6 r* T- l' o0 _) T现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测
" e" R% p2 b& w& y控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的温度。当传感器选定之后，
2 m) @9 @; B! s( P' u" Y与之相配套的测控电路也就可以确定了。测控结果的成败，在很大程度取决于传感器的
4 C3 B8 S; L6 j, J% H) S7 A( E选择是否合理。作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑一下 U: U0 c% k6 u/ G9 b* }
几个方面：
' z& j7 M8 v$ u9 S) V（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型
& I7 y; ~0 f: K4 \首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，3 U/ O2 o; Z5 A1 c) }" s- y
即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选择，哪一种原理的传感器更为合1 k$ x9 J3 d8 f( d1 x9 T9 z
适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑一下一些具体问题： 1）
9 V, y' f _ M: R传感器的量程； 2）被测位置对传感器体积的要求； 3）测量方式为接触式还是非接触式； u' s+ b$ M# D( s: W: f7 h
4）传感器信号的引出是有线还是无线； 5）是购买传感器还是自行研制传感器以及价格
- w3 j, D3 O2 E, n因素等。
; U% ]0 N# n8 z% I5 j: r/ N在综合考虑上述因素之后就能确定选择何种类型的传感器， 然后再考虑传感器的具
m0 s9 D- p( K7 Z z/ M体性能指标。% O) ~, x- [2 W- w! \8 @1 B
（2）灵敏度的选择# `6 V9 _* ? {; d- y' e" n
通常情况下，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。
4 D9 |, T1 n: j（3）频率响应特性
+ A. k, T( N' Q: A1 Q9 L- }传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应好，可测的信
" ?1 [: D- w9 O! Q* B号频率范围就宽，传感器的输出信号必须在允许的频率范围内保持不失真，实际上传感* i6 T. u2 v" A" T/ w# g
器的响应总有一定得延迟，希望延迟时间越来越好。
) e6 @4 b" x# R' _（4）线性范围; U! m7 l$ H5 d% g" ^& q
传感器的线形范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上讲，在此范围内" j8 ~( ^! }6 m. }7 Z
灵敏度应保持定值。传感器的线性范围越宽，其量程越大，并且能保证一定的测量精度。/ W! r" [3 i: S' @6 z- v
在选择传感器时，当传感器的种类确定之后首先要看其量程是否满足要求。
" X' W. l) i9 R0 N' e" ^& K（5）稳定性
8 f# M& o Q3 G9 _* k+ h. v' _8 d71 i$ s1 R d" C* X
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳" t3 ~9 X4 c% x: ] r
定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良
/ q8 P v1 S/ l, O好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。7 A* l8 j& {' _
（6）精度的选择; U0 L6 v' _" k+ ~! x) h( q2 h! [
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测控系统测量精度的一个重
& B* b5 ^. B; ~: O4 g要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要能满足整个测控$ d5 N7 r% |: }. m, U: x: _9 B/ m
系统的精度要求就可以了，不必选得太高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感
r/ J/ o0 m" G% q# w( v器中选择比较便宜和简单的传感器。+ p7 T' r+ T1 c" l3 J4 v" H: K8 j |
2. 温度传感器的选择
) t4 J* K5 A8 u* L3 W% s9 J温度传感器技术被广泛应用于消费类电子产品、玩具、家用电子产品、工业测控系1 }6 I! p& b, x, s- p7 f5 a/ J
统以及个人计算机应用中。传统上分立式温度传感器是最常用的温度传感器元件，而集- o3 v2 Y W& U; U
成温度传感器特点是测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，
0 s8 T2 X& l* |3 S适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，它是目前在国内外应
2 y. m) C3 Q) D; I5 g用最为普遍的一种温度传感器。. X% d# W% ?! V1 d
综上所述，不同的传感器具有不同的应用场合，由于在温度测控系统中，传感器是- [ g; Q% n" Y5 |& C1 e0 l
前向通道的关键部件，因此选择合适的传感器是非常重要的。选择的原则要考虑温度范
7 ]! f5 W% t6 u0 Q4 O围、温控精度、测温场合、价格等几方面的因素。3 r+ |$ _- e% y& G4 |) U
3.2 总体方案的确定0 g' P) s: ~+ b) z- l8 n9 X
考虑到该制冷控制系统功能比较少，由单片机控制即可实现。而89C52单片机体积3 Z' Z2 b0 i* s! z3 y3 h; e
小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好, 故本系
# @4 t" o' ^" I! A; `( U( n! J统选择采用89C52单片机。
$ v B2 s3 Q" l' X! ~1 f在温度采集方面，在设计开始时就准备了两种方案：. g! K, m+ v. s; c9 [/ b
! l" q$ } |5 M; N+ }3 u% t& c* v
: k- T7 M" {# j% S$ P6 [8 ]+ s- j" b q8 m8 ^
: w I9 c. Y( z* \) p
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发表于 2019-11-12 08:43
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