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检 测 技 术
课程设计指导书
机电工程学院机电系
郎需强 孙巍伟
2022 年 5 月
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前言
检测类课程测试技术、传感器技术等是和实践息息相关的课程，光懂得书本上的原理远
远不够。只有在自己动手，搭建一些简单的测试系统，才能够真正明白测试技术的作用和应
用潜力，才能够更深入地理解测试的基本理论知识。
通过本课程的实践，使学生较全面、系统的巩固和总结所学的理论知识，掌握各类传感
器、调理电路及检测系统的构成。针对典型非电量的测量问题，提出设计题目，使学生通过
实践训练，学习正确的设计思想、方法和步骤，熟练使用测试仪器，提高实验技能培养分析
和解决测试问题的能力，并在此过程中注重对学生创新能力的培养。
一、目的
1、增强学生的动手能力，加深对测试技术基本知识的理解；
2、使学生掌握测试中传感器、调理模块等环节的基本应用，如温度传感器、放大器；
3、通过对温度测量电路的设计、安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路
中应用；
4、进一步熟悉集成运放的线性和非线性应用。
5、巩固 51 单片机电路设计方法及程序设计。
6、使学生了解和掌握测试系统的软硬件设计思想、原则、过程、方法，为以后设计和
实现测试系统的搭建与应用打下良好基础。
二、所用设备
PC 机及 Proteus 软件；
三、课程设计任务书
1、设计题目：温度测量仪
2、技术指标
要求设计一个温度测量器件，其主要技术指标如下：
（1）测温范围：室温～50℃；
（2）被测温度达到设定值时，指示灯亮（或蜂鸣器工作）；
3、设计要求
（1）设计一个能满足要求的温度测量及报警电路；
（2）要求绘出电路原理图，并用 Proteus 软件进行仿真；
（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；
（4）搭建 51 模拟量采集电路及显示和按键电路；
（5）拟定测试方案和设计步骤；
（6）撰写设计报告、调试总结及使用说明书。
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4、设计扩展要求
（1）Protel 画出印制板图；
（2）自行设计环节，提高电路稳定性，如加入防抖电路等；
（3）51 单片机设置不同的比较电压，根据不同电压调整指示灯亮度。
四、设计说明
1、温度传感器
本次课程设计所采用的温度传感器为 PT1000，该传感器是铂热电阻，其阻值跟温度的
变化成正比，PT1000 的阻值与温度变化关系为：当 PT1000 温度为 0℃时它的阻值为 1000
欧姆，在 100℃时它的阻值约为 1385.005 欧姆。其工业原理：阻值会随着温度上升而成匀速
增长的。
注：PT1000 分度表请查阅相关文献资料获得。
2、电压采集
其前半部分是 2.5V 恒压源电路，然后是一个桥式电压采样电路。
1）恒压源电路：
TL431 是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从 Vref（2.5V）
到 36V 范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为 0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极
管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。如图 1 所示。
图 1 TL431
2）桥式电压采样电路
一般地，被测量者的状态量是非常微弱的，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化，
最常用的电路就是各种电桥电路，主要有直流和交流电桥电路。如图 2 所示。
电桥电路的作用：把电阻片的电阻变化率ΔR/R 转换成电压输出，然后提供给放大电路
放大后进行测量。
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图 2 电桥电路
假设四个电阻固定，若满足：“R
3
*R
2
=R
1
*R
4
”，即对角的电阻乘积相等，则此时 Uad 等
于 0，就是 ad 间没有电压。利用这个原理，当等式两边四个量中的一个为未知量的时候，
如果调节其余三个电阻的值能使得等式成立，那么用公式就可以得到未知量。但是实际上只
要等式两边各有一个可以调节的可变电阻，那么另外两个电阻有一个是定值，则余下的另外
一个必然可以得到。用这个原理可以做成电阻测量箱
3、放大器
1）反相放大器
反相放大器是最基本的电路，如图 3 所示。
图 3 反向比例放大器
其闭环电压增益为：
f
f
r
R
A
R
=−
反馈电阻 R
F
值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移。取值应远大于信号源 V
i
的内
阻。若 R
F
＝
R
r
则为反相器，可作为信号的极性转换电路。
2）同相放大器
同相放大器也是最基本的电路．如图 4 所示。
