数字式温度表的设计

徐永梅

（淮安市高级职业技术学校 电子工程系，江苏 淮安 223005）

测量温度时常用玻璃管温度计，玻璃管温度计通常采用刻度读数，读数不够直观，且不能远传并易碎。鉴于此种情况，设计一种可直接读出数字的温度表，它可以测量表面温度，可以实现非接触式测量，测量的温度范围也比较大。

该数字式温度表可连续测量-50～200℃范围内的各种气体和液体的温度，精确度可达1℃，实际电流为24～26 mA，电源电压220 V，电源提供的实际功率大致为5.288～5.720 VA。其由传感器和表头等部分组成。同时还可以测量温度计不能测量的，如：有毒的气体和腐蚀的液体。具有检测准确、安全可靠等特点，是理想温度检测仪表。

该数字式温度表，是一种方便携带又易用的温度表。它通过热敏电阻作为传感器，得到每一度热敏电阻的电压变化值，用LM324集成运放进行跟随放大，然后送入ICL7107进行数模转换，再通过数码管进行温度显示。

1 设计方案

1.1 方框图

图1 方框图

如图1所示，Pt100热敏电阻将温度变化转换成电阻值的变化，恒流源电路将电阻值转换成电压，使用LM324中的两块运放，第一块将Pt100的电压信号进行跟随，第二块放大，ICL7107组成A/D转换与数码驱动电路。四只数码管共同组成高精度数字电压表头，用来显示温度（1mV就代表1℃）。

1.2 主电路图

主电路图如图2所示。

图2 主电路图

2 原理分析

2.1 电源电路

图3 电源原理图

稳压电源由220V/5W的有中心抽头的变压器经桥式整流、电容滤波、LM7805、LM7905组成有正负输出的5V集成稳压电源，提供给电路的各部分，数码管的电源则由3个1N4007串联降压后提供2V的供电电源。电源电路如图3。

桥式整流电路，接上滤波电容器后，有如下特点：

（1）负载电压中的脉动的成分降低了许多；

（2）负载电压的平均值有所提高。在RL一定时，滤波电容越大，UL越大。设计时可估算

UL=1～1.1U2（半波）；

UL=1.2U2（全波桥式整流）。

滤波电容的确定

RL×C＞=（3～5）T（半波整流时）；

RL×C＞=（3～5）T/2（全波桥式整流时）。

T为交流电的周期。

LM78/LM79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件少，电路内部有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠方便，且价格便宜。LM78系列输出正电压，LM79系列输出负电压，LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压值，如LM7805表示输出电压为正5V，LM7905表示输出电压为负5V。

2.2 Pt100温度检测器

Pt100是一种以白金（Pt）作成的电阻式温度检测器，属于正电阻系数热敏电阻传感器，Pt100温度传感器具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

铂热电阻的线性较好，在0～100℃之间变化时，最大非线性偏差小于0.5℃，Pt100温度传感器主要技术参数如下：

测量范围：-200～850℃。

允许偏差值△℃：

A级±（0.15+0.002│t│）；

B级±（0.30+0.005│t│）。

最小置入深度：

热电阻的最小置入深度≥200mm；

允通电流≤5mA。

Pt100热敏电阻将温度变化转换成电阻值的变化：温度是0℃，阻值为100Ω；温度100℃时，阻值为138.5Ω；温度200℃时，阻值177Ω；温度电阻系数0.385Ω/℃，基本呈线性增长。

2.3 恒流源电路

9012三极管的IC=IE=（2.5～0.7）/1.8=1mA，将电阻值转换成电压，就是通过Pt100的电流为恒定电压时，可将温度→电压，完成非电→电信号的转换过程。

2.4 运放电路

集成运放LM324如图4，使用LM324中的两块运放。第一块将Pt100的电压信号进行跟随，目的是用集成运放的输入电阻高达107Ω以上（Ri→∞），可将Pt100上的电压信号几乎毫无衰减地全部传输到下一级放大。第二块放大的目的：其一是进行电压放大。通过调整20 kΩ电阻，使温度为100℃时候，输出电压为100 mV；其二，由-5V电源、1kΩ、5.1kΩ、510 Ω可调电阻组成集成运放的辅助调零电路，目的是为实现电平移动，当输入信号为100 mV时，输出电压0。

LM324是四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，内部包含4组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，4组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列及原理图见图4。

图4 LM324四比例运算放大器管脚分布图及原理图

2.5 A/D转换电路

A/D转换电路，由ICL7107组成A/D转换与数码驱动电路，ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路，它包含有7段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统，ICL7107可直接驱动LED数码管，4只数码管共同组成高精度数字电压表头，用来显示温度（1mV就代表1℃）。

ICL7107安装时要注意：

（1）辨认引脚。芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。

许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。

知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第2至第40引脚（1脚与40脚遥遥相对）。

（2）牢记关键点的电压。芯片第一脚是供电，正确电压是DC5V，第26引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在-3V至-5V都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。

3 结束语

该电路在测量温度时数字显示，可行性很强，操作简单，使用方便，精度为1℃，量程为-50～200℃，能满足一般应用场合的需要。

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