传感器原理课程实践.doc

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1、传感器原理及应用课程实践 院系： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：水位检测与控制课程设计引言：水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多。随着科技的发展，人们对水位控制的需求越来越多。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，而以往水位的检测是由人工完成的，当检测到数据后通过电话通知值班室的工作人员进行控制，这样在人力和物力上都将造成很大的浪费。因此我们需要一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。利用传感器全天地连续测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，完成相应的水位显示、控制及故障报

2、警及显示水位等功能。这样就能实现无人自动控制，并且能快速的做出控制，减少反映时间，减小浪费，同时减少事故的发生，能够满足我们的需要。它不仅要具有控制水位的功能，而且要能实现自动控制，才能使其使用方便；同时还要能够调节控制水位的范围。我设计的这个电路由电源电路，水位检测电路，水位控制电路和显示电路组成。这个简易的水位检测与控制电路，具有水位上下限自动控制，水位自动检测的功能。在使用过程中，当水位下降到下限水位时，发动机开始运转，由水泵向水塔中灌水；当水位升至上限水位时，发动机停止运转，水泵中止向水塔灌水。设计原理：如电路结构图，负反馈由正压力系数力敏电阻组成。1、电路分为两路：一路为水位控制电路

3、，由恒流源、滤波放大电路、滞回比较器、正相比例运算电路和水泵组成；另一路为水位检测电路，由电压跟随器、正相比例运算电路、水位传感器和显示器组成。2、水位控制电路，如滞回比较器传输特性，当水位达到上限水位时，滞回比较器输出电压跳变为UZ，发光二极管3截止，发动机停止运转，水泵中止工作。水位下降，负反馈将水位的变化转变成电信号，使恒流源输入滤波放大电路的电流减小，滤波放大电路输出电压减小。当水位下降到下限水位时，滞回比较器输出电压跳变为+UZ，发光二极管3导通，发动机开始运转，水泵向水塔灌水，水位开始回升。负反馈将水位的变化转变成电信号，使恒流源输入滤波放大电路的电流增大，滤波放大电路输出电压增大

4、。当水位上升到上限水位时，滞回比较器输出电压跳变为UZ，发动机停止运转，水泵中止工作。从而实现自动控制。UZUT1UT2Uo0UZ滞回比较器传输特性3、水位检测电路，水位传感器将水位的变化转变成相应的电信号，传输到显示器，通过显示器显示出水位的情况。电路结构：电路结构图负反馈电路直流稳压电源正相比例运算电路滞回比较器滤波放大电路水位水泵恒流源输入信号正相比例运算电路电压跟随器电压跟随器水位传感器显示器水位检测与控制电路原理图图中水泵有万用表1替代，水位传感器和显示器有万用表2替代。参数的计算：1、直流稳压电源（如图）RC直流稳压电源的输出电压=6V，因输出电流越大，系统损失的功耗越大，为使功耗

5、减小，故输出电流取2.8mA。（1）、稳压管稳压电路a、稳压管的选择由=，故稳压管的稳定电压=6V。稳压管工作在稳压区所允许的电流变化范围应大于负载电流的变化范围，即，因此，。b、限流电阻的选择=（23），所以，=，得2.14kR4.28k,取=12V=16.97V，所以R=3.9k。（2）、滤波电路由RC=（35），所以C=19.23F32.05F，故取C=30F。（3）、变压器和整流电路a、二极管的选择由=，得=12V，二极管承受的最大反向电压=，所以，二极管承受的最大反向电压=16.97V。二极管的平均电流=1.38mA。所以，最大整流电流=1.52mA。b、变压器的选择因输入电压=22

6、0V，U1=12V，所以，变压器的初级匝数与次级匝数比为n=。仿真结果（如图）2、水位控制电路（如图）水泵由万用表替代（1）、滤波电路输入电压=6V，输入电流=2.8mA，=1.89 k。为消除自激振荡，在运放器输入端与地间加一电容=220F；使电路输出电压在12V18V间，正压力系数力敏电阻所承受的反馈电流在0.1mA0.3mA 间，使电路反馈支路加两支绿色发光二极管、以提高反馈的稳定性，=2V。力敏电阻的选择力敏电阻的阻值与所受压力间的关系有F=K，压力与液体压强的关系有F=PS，P=，得力敏电阻的阻值与液体深度间的关系=，=，=2V，有力敏电阻所承受的反馈电流与液体的深度间的关系=。（2

7、）、滞回比较器滞回比较器输入电压为12V18V间，输出电压=24V。由=，=，所以=12V18V。滞回比较器输入电压=15V所以=9V， =20 k，=，取=10 k，故=70 k。滞回比较器输出电流=0.56 mA， =42.86 k，故取，=20 k。稳压管、的稳定电压均为24V, 稳压管的稳定电压为15V，发光二极管为绿色发光二极管，故=2V。（3）、正相比例运算电路及MOS管正相比例运算电路的输入电压=22V，输出电压即为MOS管的输入电压，即=；又MOS管的输出电压等于MOS管的输入电压，即=，因而=，水泵正常工作的电压为220V，所以，=220V。所以，正相比例运算电路的电压放大倍

8、数A=10，A=，取=44 k，则=396 k。由比例运算正反相参数的平衡有=39.6 k。水泵正常工作的电流I为7.5A，I=，因而，=29.3A；一般MOS管的电源电压为10V12V，故取=12V，MOS管的漏源夹断电压为3V，为减小损失的功耗，故静态工作时，取=1 mA，=,=，所以，=8.68 k，水泵正常工作允许需波动的电压范围为10，因此，限流二极管、的最大反向击穿电压=（110）=121V。3、水位检测电路水位传感器和显示器由万用表替代电压跟随器的输入电压=6V，输出电压=6V，又正相比例运算电路的输入电压为电压跟随器的输出电压即=6V。水位传感器正常工作的电压为24V，所以，正

9、相比例运算电路的输出电压=24V，正相比例运算电路的电压放大倍数A=4，A=4，取=20 k，因而，=60 k，由比例运算正反相参数的平衡有=15 k。仿真结果（如图）结语：这次课程设计，既是一次理论与实践的结合，也让我加深了对电子技术的理解，体会到调试的不易，明白了所学知识的重要性和自己理论知识的欠缺，增加了自己对所学课程的兴趣。这次课程设计，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了自己的能力，学会了如何查找资料。参考文献：1、童诗白，华成英，模拟电子技术基础（第四版） 北京：高等教育出版社 2006-52、邱关源，罗先觉，电路（第五版） 北京：高等教育出社2006-53、郁有文，常建，传感器原理及工程应用（第三版） 西安电子科技大学出版社 2008-7