2023年实验案例竞赛信息表温度的测量与控制.doc

电工电子基础课程实验案例设计信息表

实验内容与任务（限500字）

项目需要完毕的任务（如需要观测的现象，分析某种现象的成因、需要解决的问题等）；是否有不同层次的规定

以帕尔贴温控装置为对象，设计一个可以测量自然环境温度(20—70℃)、测量精度不低于±1℃

对帕尔贴温控装置的温度控制在指定的温度值，温度控制精度不低于±2℃，请自行设计

提高温度控制的抗外界干扰能力，当启动温控装置上风扇时，仍然可以将温度控制在指定范围内。

实验过程及规定（限300字）

如对学生在实验过程中在自学预习、思考讨论、设计电路、软件仿真、构建平台、选择器件、设计过程、设计表格、观测现象、测试数据、总结报告、验收答辩、演讲交流等各方面的规定。

学习了解不同量程、精度规定下，温度测量的方法；

尽也许多地查找满足实验规定的温度传感器，注意传感器的类型、温度测量范围和测量精度、输出信号形式和线性范围等关键的特性参数；

选择温度传感器以获取温度信号，并根据传感器类型选择放大器类型，设计放大电路,注意放大电路的输入阻抗和增益；在仿真优化的基础上实现温度信号采集及放大电路；

选择将温度信号转换为数字信号的方法，并将其以数字的形式显示出来；

构思温度显示方式，选择与之相相应的模/数转换方式，设计电路结构，制定各单元电路的技术参数指标；

设计反馈控制电路实现定点温度控制标定调整系统参数；

考察温控速度与温度波动范围。如何达成响应速度快、波动范围小的目的。

构建一个简易的测试环境，以水银玻璃温度计为基准，在室温及室温以上20℃的范围内，测定温度计测量误差以及控制误差

撰写设计总结报告，并通过度组演讲，学习交流不同解决方案的特点。

相关知识及背景（限150字）

实验涉及知识、方法、技能

这是一个运用数字和模拟电子技术解决现实生活和工程实际问题的典型案例，需要运用传感器及检测技术、信号放大、模数信号转换、数据显示、参数设定、反馈控制、PID控制及参数设定等相关知识与技术方法。并涉及测量仪器精度、线性度，硬件及软件反馈，仪器设备标定及抗干扰等工程概念与方法。

教学目的（限100字）

如学习、运用知识、技术、方法；培养、提高能力、素质。

在较为完整的工程项目实现过程中引导学生了解现代测量方法、传感器技术，实现方法的多样性及根据工程需求比较选择技术方案；引导学生根据需要设计电路、选择元器件，构建测试环境与条件，并通过测试与分析对项目作出技术评价。

实验教学与指导

实验前讲课内容，如：知识讲解、方法引导、背景解释；实验中的指导或引导。

本实验的过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实现调试、测试标定、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

学习温度测量的基本方法，了解随着温度测量范围与测量精度规定的不同，在传感器选择、测量方法等方面不同的解决方法。

不同传感器输出信号的形式、幅度、驱动能力、有效范围、线性度都存在很大的差异，后续的信号调理和放大电路也要根据信号的特性来设计；一般来说，传感器的使用说明中都有参考电路。

实验规定的精度并不高，重要取决于传感器；温度又是一个缓变信号，因此将模拟信号转换为数字信号时可供选择的方式较多，如常规的逐次逼近型8位ADC、双积分型MC14433、ICL7106/07等都可以采用；也可以采用V/F转换的方式，或采用由控制器输出PWM波，经整流滤波后与温度信号比较的方式，等等。

可以简略地介绍反馈控制的基本原理，规定学生自学实现反馈控制的方法及参数的整定。

在电路设计、搭试、调试完毕后，必须要用标准仪器设备进行实际测量，标定所完毕的温度计的误差；需要根据实验室所可以提供的条件，设计测试方法，搭建温度可控且较为稳定的测试环境。

在实验完毕后，可以组织学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决方案及其特点，拓宽知识面。

在设计中，要注意学生设计的规范性；如系统结构与模块构成，模块间的接口方式与参数规定；在调试中，要注意工作电源、参考电源品质对系统指标的影响，电路工作的稳定性与可靠性；在测试分析中，要分析系统的误差来源并加以验证

实验原理及方案

实验的基本原理、完毕实验任务的思绪方法，也许采用的技术、电路、器件。

系统结构

实现方案

一方面，可供选择的传感器有热敏电阻、PT系列热电阻，普通二极管，以热敏二极管为核心的集成传感器（如LM35、LM45），基于绝对温度电流源型AD590，数字式集成传感器（LM75、DS18B20）等。

另一方面，不同传感器输出信号形式（数字、模拟，电流、电压）、信号幅度各异，与之相应的信号调理与控制电路也各不相同。选择数字式集成传感器时，宜采用单片机或在PLD器件中设计控制器，以串行总线的方式获取温度数据；在选择AD590时，需要将1μA/°K的电流信号放大并