温度变送器调试与检测电子教材Word文档格式.docx
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Vout=1.25*(1+R7/R3),即:
Vcc=1.25*(1+R7/R3)
3.2基准电压源
图3基准电源电路
基准电源电路如图3所示R18,R24分流电阻,保障TL431正常工作电流(10mA-20mA);
C13,C15滤波电容;
IC2是基准电压源芯片TL431,具有温漂小,精度高等特点;
R25,R27比例电阻,调节稳压电源输出。
VZ=2.495*(1+R25/R27)。
TL431简介
德州仪器公司(TI)生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。
它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值(如图3)。
该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表,运放电路、可调压电源,开关电源等等。
3.3串口电路
图4串口电路
串口电路如图4所示,U3是串口电平转换芯片MAX202E,完成串口电平转换电路,用于程序下载。
3.4采集、放大电路
PT100温度传感器分度表如表1所示:
表1PT100分度表
温度
25
50
75
100
电阻
109.735
119.373
128.987
138.506
图5采集、放大电路
采集、放大电路如图5所示,本电路包括了桥式差分输入和标准的三运放仪表放大器电路。
桥式差分电路输入可以抑制由温度漂移等环境参数带来的共模信号。
U1A、U1B、U1D组成三运放仪表放大器,U1C构成跟随电路。
其输出:
Vout=(Vin+-Vin-)*(1+R11/R12)*R16/R15。
电路原理分析及电压计算:
接入传感器前,调节P1将Vin-电压调到2v。
当温度为0℃时,传感器输出电阻R=100欧姆,由Vin-=2V且R9=R21=10K,可得R9电位为4V;
流过R8的电流为:
I=V/(R+R8+R20);
由于,传感器电阻R比较小,故忽略不计。
I=4v/(R8+R20)=0.2mA;
当温度为0℃时:
传感器输出电阻为R=100欧姆可得Vin+=I*(R20+R)=2.02v;
当温度为100℃时:
传感器输出电阻为R=140欧姆,Vin+=I*(R20+R)=2.028v;
设U1A输出电压为U1,U1D输出电压为U14,U1B输出电压为U7,U1C输出电压为U8,
则:
V1=(Vin++Vin-)/2+(Vin+-Vin-)/2*(1+2R11/R12);
V14=(Vin++Vin-)/2-(Vin+-Vin-)/2*(1+2R11/R12);
V7=(V1-V14)*R16/R15;
V8=V7;
当温度为0℃时:
V1=2.06v;
V14=1.96v;
V8=V7=1V;
V1=2.08v;
V14=1.94v;
V8=V7=1.4V;
注意事项:
a、调试的时候,建议R1先直接用导线短接到地,R2先不焊接;
b、调节电位器P1,使R21两端电压在2v左右;
c、输入信号不宜太大,整个调试过程,保证1脚输出在1v以上,14脚输出在3v以下。
7脚输出在0.5v到3.3v之间。
都是基于运放的工作范围的原因。
3.5校正电路
图6校准电路
信号校准电路如图6所示,本电路由U2B构成的减法电路和U2A构成的差分放大电路组成;
设U2B7脚输出的电压为V7,1脚输出的电压为V1,则:
V7=(Vsingle_ad—V0)*R29/R33;
(V0为P2的点位)。
V1=V7*R30/R32;
调试的时,将电位器调节至0.9v;
V7=0.5v;
V1=0.5V;
V1=2.5v;
V7=2.5V
3.6V/I变换电路(4—20mA输出)
图7V/I转换电路
V/I转换电路如图7所示,当输入电压为Vin时,5脚电压为Vin,由运放特性,6脚电压也为Vin,R61两端电压也等于Vin。
由于R51阻值与R61相同,所以,R51两端电压也等于Vin,再由运输放大器特性,2脚与3脚电位相同,所以R48两端电压R51相同,等于Vin。
(R48为2W的大功率电阻)
电流输出:
Iout=Vin/R48.通过控制信号的输入,将电流输出大小控制在4-20mA范围之内。
Iout=Vin/R48=0.5/125=4ma;
Iout=Vin/R48=2.5/125=20ma;
3.71-5V电压输出电路
图81-5V电压输出电路
1-5V电压输出电路如图8所示本电路中有跟随电路和比例放大电路组成:
运放7脚输出与正端输入一致;
1脚输出为:
V=Vin*R38/R40;
通过控制信号的输入,将电压输出大小控制在1-5v范围之内。
注意:
在调试的时候,输出端不能短路,也不能断路,推荐接10k左右电阻。
设U4B的输出电压为V7,U4A的输出电压为V1,则:
V1=1V;
V7=5V
四.PCB图
项目PCB图如图9所示。
图9PCB图
五.元件清单
表一变送器元件清单
序号
名称
封装
数量
编号
描述
1
22pF
RAD-0.2
4
C14,C17,C30,C32
无极性电容
2
1nF
C9,C16
3
0.01u
9
C1,C4,C7,C8,C10,C12,C18,C19,C26
0.1uF
13
C5,C6,C11,C15,C20,C21,C22,C23,C24,C25,C27,C28,C31
51
10uF
CAPPR2-5x6.8
C13,C29
极性电解电容
6
470UF
CAPPR7.5-16x35
C2,C3
7
1.5K
AXIAL-0.5
R7
8
100K
R4,R16
10K
28
R2,R6,R8,R9,R10,R12,R15,R20,R21,R25,R27,R29,R32,R33,R34,R35,R37,R39,R40,R42,R43,R50,R52,R54,R55,R56,R58,R60
10
R41
11
471
R3
12
680
R45,R46,R49,R53,R57,R59,R62,R63
1k
R1,R22,R51,R61
14
2K
5
R18,R19,R24,R26,R28
15
5.1K
R23
16
20K
R47
17
25K
R30,R36
18
40K
R38,R44
19
50K
R11,R14
20
62.5
AXIAL-1.0
R48
21
VR5
R5,R31
电位器
22
2N5551
TO-92
Q1,Q2,Q4
NPN三极管
23
B772
TO-126
Q3
PNP三极管
24
DDB9
DSUB1.385-2H9
J1
串口座子DB9
1N4007
DIO10.46-5.3x2.8
D1
整流二极管
26
1N4148
DIO7.1-3.9x1.9
D2,D4
检波二极管
27
DZener
DIODE-0.7
D3
稳压二极管3.3v
FT1602C
FT1602CF
LCD1
液晶显示模块
29
Header2
CON2
P1,P2,P5,P6
2芯插座间距5.08mm
30
Header2X2
HDR2X2
P4
双排插针
31
Header3
CON3
P3
3芯插座间距5.08mm
32
LED0
LED-0
DS1,DS2,DS3,DS4,DS5,DS6,DS7,DS8
LED指示灯
33
LM358
pDIP8
U2,U4,U6
双通道运算放大器
34
LM317LH
TO-220
IC1
三端稳压器
35
LMV324
pDIP14
U1
四通道运算放大器
36
MAX232E
pDIP16
U3
串口电平转换芯片
37
STC12C5A60S2
pDIP40
U5
单片机
38
SW-SPST
SWITCH
S1,S2,S3,S4
按键
39
TL431ACLP
IC2
基准电压源
40
16MHZ
XTAL
X1
晶振
41
温度传感器PT100
六.单板调试
1.调试前准备
1.1调试人员的培训
技术部门组织调试、测试人员熟悉整机工作原理、技术条件及有关指标,仔细阅读调试工艺卡,使其明确调试内容、方法、步骤、设备使用及注意事项。
1.2技术文件的准备
产品调试之前,调试人员应准备好产品技术条件、技术说明书、电原理图、检修图和调试工艺卡等技术文件。
1.3仪器、仪表的准备
按照技术条件的规定,准备好测试所需要的各类仪器设备。
要求所用仪器、仪表应是符合计量标准和调试要求,并在有效期之内,符合技术文件的规定,满足测试精度范围的需要,并按要求放置好。
1.4被调物件的准备
准备好需要调试与检测的电路板。
1.5场地的准备
调试场地应整齐、清洁、按要求布置,要避免高频、高压、强电磁场的干扰。
如调试高频电路应在屏蔽间进行。
1.6个人准备。
调试人员应按安全操作规程做好上岗准备,调试用图纸、文件、工具、备件等都应放在适当的位置上。
2.调试安全操作规程
2.1测试环境的安全措施:
无裸露的带电导体(如电源线、插头、电源开关等)。
2.2测试仪器的安全措施:
①仪器及附件的金属外壳应接地良好。
②仪器地线必须与机壳相连。
2.3操作安全措施:
①在接通被测电路的电源前,应检查其电路及连线有无短路等不正常现象;
接通电源后,应观察电路板有无冒烟、打火、异常发热等情况。
如有异常现象,立即切断电源,查找故障原因。
②禁止调试人员带电操作,当补焊、焊接元件时,一定断开电源。
③如有高压测试调整,调试前应做好绝缘安全准备,如穿戴好绝缘工作鞋、绝缘工作手套等。
④使用和调试MOS电路时必须佩戴防静电腕套。
⑤强电调试时至少应有两人在场,以防不测。
其他无关人员不得进入工作场,任何人不得随意拨动总闸、仪器设备的电源开关及各种旋钮,以免造成事故。
⑥调试工作结束或离开工作场所前,应关掉调试用仪器设备等电器的电源。
3.板调工艺流程
图10板调工艺流程图
4.调试
调试仪器和工具:
数字万用表(精度为3位半),双踪示波器,信号源(30MHz以上),调试台,放大镜,螺丝刀,镊子,电烙铁等。
4.1通电前检查
4.1.1目测:
焊装好的电路板主板应清洁、无锡渣,无明显的错焊、漏焊、虚焊和短路。
比如:
电解电容、二极管是否焊反。
参数是否按清单提供的标号位置焊接,芯片方向是否正确,保险管是否装入等。
4.1.2电路板电阻测试指标
表2电路板电阻测试指标值
序号
测试点1
正向电阻指标【kΩ】
测试点2
备注
VCC
IC1的2脚
渐升至>0.5
GND:
J1的1脚
VZ(基准源)
IC2的3脚
1.2~2.7
+24V
IC1的3脚
电压输出端
J5的1脚
>10
J5的2脚
电流输出端
J6的1脚
J6的2脚
电阻测试方法
用数字万用表的200kΩ档测试表1和表2中测试点1对测试点2间的电阻值。
4.2电源调试与检测
设备:
万用表或示波器。
表3 电源电路电压指标
直流电压指标【V】
纹波(mV)
+4.9~+5.2
≤100mV
+5V
+4.95~+5.05
+23.8~+24.2
测试方法:
当测试1、2项将万用表置于DC20V档,测试上表中的直流电压,测试结果应满足指标要求。
测试时,万用表的黑表笔接上表中的“测试点2”、红表笔接上表中的“测试点1”;
当测试第3项将万用表置于DC50V档,测试上表中的直流电压,测试结果应满足指标要求。
测试时,万用表的黑表笔接上表中的“测试点2”、红表笔接上表中的“测试点1”。
4.3空载调试与检测(不接传感器,接固定电阻)
4.3.1放大电路调试
万用表和示波器。
调试时候,R1先直接用导线短接到地,R2不焊接;
将图5中的J2两端短路,调节P1将Vin+和Vin-电压调2V;
在输入端接入100欧电阻,此时V1=2.06V±
0.02V;
V14=1.96V±
0.02V;
V8=V7=1V±
0.05V;
(设U1A输出电压为U1,U1D输出电压为U14,U1B输出电压为U7,U1C输出电压为U8)。
否则检查放大电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.3.2校正电路调试
调试时,将电位器调节至0.9V,在输入端接入100欧电阻,此时,V7=0.5±
0.05Vv;
V1=0.5V±
(设U2B7脚输出的电压为V7,1脚输出的电压为V1),否则检查校正电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.3.3V/I电路调试
万用表、示波器和电流表。
当输入端接入100欧电阻时,J6的1脚对地电流为4mA±
0.1mA,当输入端接入140欧电阻时,J6的1脚对地电流为24mA±
0.5mA,否则检查V/I转换电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.3.41-5V信号电路调试
当输入端接入100欧电阻时,J5的1脚对地电压为1V±
0.05V,当输入端接入140欧电阻时,J5的1脚对地电压为5V±
0.25V,否则检查V/I转换电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.4带载调试与检测(接入传感器)
4.4.1放大电路调试
接入PT100温度传感器,当温度为25°
C时,V8=V7=1.1V±
当温度为50°
C时,V8=V7=1.3V±
(设U1C输出电压为V8)。
4.4.2校正电路调试
接入温度传感器,当传感器的温度为25°
C时,V7=V1=1.0V±
当温度为100℃时:
V7=V1=2.5V±
0.1V;
(设U2B7脚输出的电压为V7,1脚输出的电压为V1)否则检查校正电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.4.3V/I电路调试
接入温度传感器,当温度为0°
C时,J6的1脚对地电流为4mA,当传感器的温度为100°
C时,J6的1脚对地电流为20mA,否则检查V/I转换电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.4.41-5V信号电路调试
C时,J5的1脚对地电压为1V,当传感器的温度为100°
C时,J5的1脚对地电压为5V,否则检查1-5V信号电路,检查方法见故障的查找与排除。
4.5软件调试
4.5.1软件下载
计算机和专用软件。
使用计算机把,已经调试好的程序下载到单片机。
4.5.2软件调试
接入温度传感器,当传感器的温度为0°
C时,LCD应显示0°
C,当传感器的温度为40°
C时,LCD应显示40°
C,当传感器的温度为100°
C时,LCD应显示100°
C,否则修正程序参数。
4.5.5固化程序
把参数修正的程序下载到单片机。
七.整机装配
7.1.装配流程图
图11整机装配流程图
7.1.材料准备
装配前准备好下列部件:
调试成功的电路板、机箱、接插件等材料。
7.2.安装控制板
用螺丝钉把电路板固定到机箱的底部。
7.3.装插头
用导线把控制板上的电源线接到面板上已固定好的插头上,同样接传感器的引出线。
7.4.装表盖
把变送器的外壳装好。
7.5.材料准备
在接头处贴上标签,表明接头的名称。
八.整机调试与检测
变送器整机装配完成后,测试整机的功能、性能和技术参数。
7.1输出电流测试
万用表、示波器和测温仪。
接入温度传感器时,当传感器的温度为0°
C时,输出电流应为4mA,当传感器的温度为50°
C时,输出电流应为12mA,当传感器的温度为100°
C时,输出电流应为20mA,否则检查电路板。
7.2输出电压测试
C时,输出电压应为1V,当传感器的温度为50°
C时,输出电压应为3V,当传感器的温度为100°
C时,输出电压应为5V,否则检查电路板。
7.3LCD显示测试
测温仪和目测。
C(误差1°
C),当传感器的温度为50°
C时,LCD应显示50°
C),当传感器的温度为100°
C),否则检查电路板。
九.评价和考核
在项目实施工程中,制定调试方案和计划(20%),实施(30%),检查与产品上交(谈话方式)(20%),职业素养(30%)四个方面考核学生在项目中的具体情况。
考核标准见表4。
表4评价方式和标准
教学单元编号
考核点及占项目分值比
建议考核方式
评价标准
优
良
及格
1.制定调试方案和计划(20%)
教师评价+小组互评
调试和检测方案思路清晰、计划完善、思考问题周到
调试和检测方案思路清晰、计划正确
调试和检测方案思路正确、计划不太完善
2.实施(30%)
教师评价+自我评价
正确操作相应仪器、调试与检测方法正确、能正确分析与处理调试中出现的故障现象、调试与检测记录完善。
正确操作相应仪器、调试与检测方法基本正确、调试与检测记录完善。
无重大操作失误,调试与检测记录正确。
3.检查与产品上交(谈话方式)(20%)
项目检查过程正确、产品技术参数满足要求,流畅表达产品使用说明
项目检查过程基本正确、产品技术参数满足要求。
项目检查过程基本五重大失误、产品技术参数基本满足要求。
4.职业素养(30%)
见表5
表5职业素养考核方式与考核标准
教学单元公共考核点
1.工作与职业道德(30%)
教师评价+自评+互评
安全、文明工作,具有良好的职业道德
安全文明工作,职业道德较好
没出现违纪违规现象
2.学习态度(30%)
教师评价
学习积极性高,虚心好学
学习积极性较高
没有厌学现象
3.团队合作精神(20%)
互评
具有良好的团队合作精神,热心帮助小组其他成员
具有较好的团队合作精神,能帮助小组其他成员
能配合小组完成项目任务
4.交流及表达能力(10%)
互评+教师评价
能用专业语言正确流利地展示项目成果、能正确总结在项目中的表现
能用专业语言正确流利地展示项目成果
能用专业语言基本正确地阐述项目,无重大失误
5.组织协调能力(10%)
能根据工作任务,对资源进行合理分配,同时正确控制、激励和
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- 温度 变送器 调试 检测 电子 教材