电子电路设计实验(热电阻温度测量系统的设计与实现).pdf

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

二、设计任务要求

三、设计思路与总体结构图

四、分块电路和总体电路的设计

1、温度传感器电路设计

2、集成三运放差分设计

3、滤波器电路设计

4、A/D转换与显示电路设计………

五、功能说明

六、实际测试数据

七、所用元器件及测试仪表清单

八、故障及问题分析

九、实验总结与结论

十、原理图及PCB板图

十一、参考文献

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Pt100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、A/D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A/D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A/D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Pt100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A/D的输出状态，并模拟测温

（实际上实验室给的是Pt300），用AltiumDesigner软件绘制完整

的电路原理图（SCH）。

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、A/D转换电路

显示器和电源电路共六个单元。传感器是由Pt100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LM324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OP07

二阶低通有源滤波器；模数转换电路是用ADC0804进行设计，并利用

NE555N产生频率为1KHz到1.3KHz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

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：

Rtt

式中为t时的电阻值；是0时的电阻值；为任意温度

、、

值；ABC为分度系数，/oC，。

但是实际实验中的使用的是Pt300，而且根据在实验室的实际测量Pt300在20℃

时是325Ω，而且其阻值随着温度的升高而降低。

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4-5mA，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