实验案例题目温度的测量与控制电路的设计.pdf

实验案例题目：温度的测量与控制电路的设计

1.实验内容与任务（限500字）

项目需要完成的任务（如需要观察的现象，分析某种现象的成因、需要解决的问

题等）；是否有不同层次的要求

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

±1℃、以数字方式显示的温度计；

2）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℃，请自行设计温

度的设定方法；

3）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，仍然能够将温度控制在指定

范围内。

2.实验过程及要求（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、观察现象、测试数据、总结报告、验收答辩、

演讲交流等各方面的要求。

1）学习了解不同量程、精度要求下，测量温度的方法；

2）尽可能多地查找满足实验要求的温度传感器，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征参数；

3）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；

4）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；

5）构思温度显示方式，选择与之相对应的模/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；

6）设计反馈控制电路实现定点温度控制标定调整系统参数；

7）考察温控速度与温度波动范围。如何达到响应速度快、波动范围小的目标。

8）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；

9）撰写设计总结报告，并通过分组演讲，学习交流不同解决方案的特点。

3.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。

4.教学目的（限100字）

如学习、运用知识、技术、方法；培养、提升能力、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。

5.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：

1）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要求的不同，在传感器选择、

测量方法等方面不同的处理方法。

2）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征来设计；一般来说，传感器的使用说明中都

有参考电路。

3）实验要求的精度并不高，主要取决于传感器；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。

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

5）在电路设计、搭试、调试完成后，必须要用标准仪器设备进行实际测量，标定所完成的温

度计的误差；需要根据实验室所能够提供的条件，设计测试方法，搭建温度可控且较为稳

定的测试环境。