恒温差控制电路的设计与仿真分析(附件)【字数：8925】
摘 要本论文是基于恒温差控制热膜风速计的设计。恒温差控制系统是一种模拟电路，其相关技术已经趋近成熟，并广泛应用。恒温差风速计是利用电流将热传感器加热到一定温度，当风流过时，强制性的使传感器热量损失，温度下降，而反馈电路检测到这一变化时，改变供电电流或电压，使传感器温度上升，使之与外界温度差维持恒定，此时，风速与供电电流或电压间存在唯一计算公式，利用此公式可计算出此时风速。由于环境温度变化会导致各电阻阻值的变化，因此，我加入了另一个温度传感器，测量此时温度，并建立补偿电路，以弥补因环境温度变化所造成的误差。PROTUES是一款强大的仿真软件，拥有强大的数字与模拟原件库，利用PROTUES进行仿真，并对设计电路进行微调，可使电路变得更加真实有效，经过多次的仿真与调试，可最终得出最为合适的电路。
目 录
第一章 引 言 1
1.1恒温差电路结构与原理 1
1.2基于恒温差电路的风速计 2
1.3最常见恒温差结构应用 2
1.4本课题的主要任务 4
第二章 恒温差控制电路的原理与分析 5
2.1恒温差电路结构的研究 5
2.2恒温差电路结构的工作原理 5
2.3两种恒温差电路结构的介绍与分析 6
2.3.1单惠登思电路桥的恒温差电路结构设计 7
2.3.2双电路桥恒温差电路结构设计 8
第三章 仿真验证与分析 11
3.1单电路桥恒温差电路结构仿真 11
3.2双电路桥恒温差电路结构仿真 13
3.3电路问题与优化 15
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
第一章 引 言
1.1恒温差电路结构与原理
恒温差控制电路是指控制环境温度与加热器温度的差值恒定的一种电路。控制电路可以使用运算放大器或者单片机等作为控制系统，首先，该电路的感应电路由两部分组成，一部分是感应目前环境温度的电路（温度补偿电路），另一部分是感应加热温度的部分（加热器电路），当电路处在平衡状态时，这两个部分的温度差值是一定的。若室温发生变化，室温感应部分会对室温变化做出反应，具体在我们的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
电路里就是热敏电阻的阻值会增大，然后可将变化送入控制部分，控制系统会根据这种变化调整加热器的电压，改变加热器温度，使加热器温度与环境温度差值仍保持为设定的值。如果加热器温度发生变化，该变化也会被送到控制电路，控制电路会改变加热器电压，改变加热器温度，使加热器温度与环境温度差值仍保持为设定的差值。恒温差控制电路的主要目的就是对温度传感器的变化做出反馈，改变温度传感器的电阻或电流，使其与环境温度的差值维持恒定，通过对反馈电压的测量，可测得流体流速的数据。
在生产生活中，流量是非常常用的参数之一，将恒温差电路结构用于测量流量之中一定能使结果更加的精确无误，从而了解时时数据，例如对风速的测量，对水流量的测量。人们已经发明出各种流量计，以求对流量进行精确的测量，常见的有机械式流量计，超声波流量计，恒温差流量计等。机械式流量计由于受自身影响较大，响应速度较慢，往往用于对测量精度要求不高的情况下，而超声波流量计对测量环境要求较高，在环境不稳定时误差较大，因此应用范围也不广，由此，恒温差电路应运而生。
恒温差控制电路最早是由美国于20世纪60年代所发明，期初是用于航天流体质量流量测量，后转入工业应用。而我国起步较晚，于20世纪70年代由我国多个部门联合设计与研制成功，后被广泛应用于生产生活。常见恒温差控制电路结构图如图11所示：
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图11 恒温差电路结构图
该结构中，由温差控制电路控制加热器的加热功率，维持恒定温差，当加热器温度变动时，反馈电路捕捉这一变动，并反馈给控制电路，控制电路接受反馈信号控制加热器的加热，形成一个循环，实现温差恒定[1]。而将此电路结构用于风速计中能够更好地减少因为温度带来的误差值，从而使得测量的数据更加准确无误。
1.2基于恒温差电路的风速计
风能是一种可再生，高效的绿色能源，对人类社会可持续发展具有非常重要的意义。风速不仅是一种清洁能源，还在各个方面影响着人民的生产与生活。因此，对风速的准确测量就显得尤为重要。风速计的应用很广泛，在电力、钢铁、石化、等行业都能见到风速计的影子，研究风向还能帮助我们预测气候的变化。而研究风向需要风速计。
恒温差风速计具有响应速度快，误差小，精度高，成本低的特点，在各个领域与方面得到了广泛的应用，无论是在军事，还是在工业方面都具有重要作用。而所谓恒温差控制电路旨在控制流入温度传感器的电流或电压，使温度传感器与环境温度的差值维持不变，以保证变量单一，可利用电压或电流的变化来计算流体流速等。
1.3最常见恒温差结构应用
自从热式风速计诞生以来，其相关技术一直在进步，直至现在，其运行原理并未发生太大变化，但其电路设计一直在加以改进，从开始的单温度传感器恒温差风速计，到现在带温度补偿，以及能快速响应的热式风速计，期间经历了50多年的变化后，才有了现在的热式风速计。
风速计的应用很广泛，在所有领域都能灵活运用，广泛应用于电力、钢铁、石化、节能等行业，在北京奥运会中还有其他的应用，帆船比赛，划艇比赛，野外射击比赛等都需要用到风速仪来测量。现在的风速仪比较先进，除了测量风速外同时还可以测风温、风量。有很多行业都需要用到风速仪，推荐使用的行业：出海捕捞业、各类风扇制造业、需要抽风排气系统的行业等等。 风速计不同的季节及不同的地理形势，都会令到大气中的风向不断变动。如海边日夜的风向不同，冬季及夏季亦有不同的季候风。研究风向可帮助我们预测及研究气候的变化。研究风向需要使用风速计。
恒温差电路结构风速计其主要由两部分构成，一部分是加热器，该部分内含一个高精度的热电阻，其阻值随温度的变化而变化；另一部分是风速测量电路，其中集成了模拟电路与数字电路，其模拟电路负责控制加热器与外界温度温差维持不变，数字电路部分用以测量风速，并显示风速的数值。
现在的热式风速计主要工作模式有恒流(CC)模式，恒压(CV)模式，恒温差(CTD)模式，在恒压模式下，通过对加热器电流的变化的检测来预测流体的速度，在恒流模式下，通过对加热器电压的变化来预测流体的速度，而在恒温差模式下，通过对加热器功率的检测来预测流体的速度。热式风速计是模拟电子技术发展的产物，通过与数字电路的结合，其功能也更加多样。
现如今的热式风速计向着小型化，精确化方向发展，越来越多的手持式热风速计如雨后春笋般的涌现出来，而热式风速计的测量范围大大拓展，而且随着传感器技术的发展，热风速计的传感器越来越小，测量精确度也越来越高，新型的传感器也在不断的研发之中，而除了圆柱形传感器之外，其他样式的传感器也已经投入市场，直线型传感器，L型传感器已经获得了广泛的应用，在各个不同的领域发挥着作用。常见的有各种金属电阻，常用的有铜热电阻与铂热电阻，其样式如图12与图13所示：
目 录
第一章 引 言 1
1.1恒温差电路结构与原理 1
1.2基于恒温差电路的风速计 2
1.3最常见恒温差结构应用 2
1.4本课题的主要任务 4
第二章 恒温差控制电路的原理与分析 5
2.1恒温差电路结构的研究 5
2.2恒温差电路结构的工作原理 5
2.3两种恒温差电路结构的介绍与分析 6
2.3.1单惠登思电路桥的恒温差电路结构设计 7
2.3.2双电路桥恒温差电路结构设计 8
第三章 仿真验证与分析 11
3.1单电路桥恒温差电路结构仿真 11
3.2双电路桥恒温差电路结构仿真 13
3.3电路问题与优化 15
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
第一章 引 言
1.1恒温差电路结构与原理
恒温差控制电路是指控制环境温度与加热器温度的差值恒定的一种电路。控制电路可以使用运算放大器或者单片机等作为控制系统，首先，该电路的感应电路由两部分组成，一部分是感应目前环境温度的电路（温度补偿电路），另一部分是感应加热温度的部分（加热器电路），当电路处在平衡状态时，这两个部分的温度差值是一定的。若室温发生变化，室温感应部分会对室温变化做出反应，具体在我们的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
电路里就是热敏电阻的阻值会增大，然后可将变化送入控制部分，控制系统会根据这种变化调整加热器的电压，改变加热器温度，使加热器温度与环境温度差值仍保持为设定的值。如果加热器温度发生变化，该变化也会被送到控制电路，控制电路会改变加热器电压，改变加热器温度，使加热器温度与环境温度差值仍保持为设定的差值。恒温差控制电路的主要目的就是对温度传感器的变化做出反馈，改变温度传感器的电阻或电流，使其与环境温度的差值维持恒定，通过对反馈电压的测量，可测得流体流速的数据。
在生产生活中，流量是非常常用的参数之一，将恒温差电路结构用于测量流量之中一定能使结果更加的精确无误，从而了解时时数据，例如对风速的测量，对水流量的测量。人们已经发明出各种流量计，以求对流量进行精确的测量，常见的有机械式流量计，超声波流量计，恒温差流量计等。机械式流量计由于受自身影响较大，响应速度较慢，往往用于对测量精度要求不高的情况下，而超声波流量计对测量环境要求较高，在环境不稳定时误差较大，因此应用范围也不广，由此，恒温差电路应运而生。
恒温差控制电路最早是由美国于20世纪60年代所发明，期初是用于航天流体质量流量测量，后转入工业应用。而我国起步较晚，于20世纪70年代由我国多个部门联合设计与研制成功，后被广泛应用于生产生活。常见恒温差控制电路结构图如图11所示：
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图11 恒温差电路结构图
该结构中，由温差控制电路控制加热器的加热功率，维持恒定温差，当加热器温度变动时，反馈电路捕捉这一变动，并反馈给控制电路，控制电路接受反馈信号控制加热器的加热，形成一个循环，实现温差恒定[1]。而将此电路结构用于风速计中能够更好地减少因为温度带来的误差值，从而使得测量的数据更加准确无误。
1.2基于恒温差电路的风速计
风能是一种可再生，高效的绿色能源，对人类社会可持续发展具有非常重要的意义。风速不仅是一种清洁能源，还在各个方面影响着人民的生产与生活。因此，对风速的准确测量就显得尤为重要。风速计的应用很广泛，在电力、钢铁、石化、等行业都能见到风速计的影子，研究风向还能帮助我们预测气候的变化。而研究风向需要风速计。
恒温差风速计具有响应速度快，误差小，精度高，成本低的特点，在各个领域与方面得到了广泛的应用，无论是在军事，还是在工业方面都具有重要作用。而所谓恒温差控制电路旨在控制流入温度传感器的电流或电压，使温度传感器与环境温度的差值维持不变，以保证变量单一，可利用电压或电流的变化来计算流体流速等。
1.3最常见恒温差结构应用
自从热式风速计诞生以来，其相关技术一直在进步，直至现在，其运行原理并未发生太大变化，但其电路设计一直在加以改进，从开始的单温度传感器恒温差风速计，到现在带温度补偿，以及能快速响应的热式风速计，期间经历了50多年的变化后，才有了现在的热式风速计。
风速计的应用很广泛，在所有领域都能灵活运用，广泛应用于电力、钢铁、石化、节能等行业，在北京奥运会中还有其他的应用，帆船比赛，划艇比赛，野外射击比赛等都需要用到风速仪来测量。现在的风速仪比较先进，除了测量风速外同时还可以测风温、风量。有很多行业都需要用到风速仪，推荐使用的行业：出海捕捞业、各类风扇制造业、需要抽风排气系统的行业等等。 风速计不同的季节及不同的地理形势，都会令到大气中的风向不断变动。如海边日夜的风向不同，冬季及夏季亦有不同的季候风。研究风向可帮助我们预测及研究气候的变化。研究风向需要使用风速计。
恒温差电路结构风速计其主要由两部分构成，一部分是加热器，该部分内含一个高精度的热电阻，其阻值随温度的变化而变化；另一部分是风速测量电路，其中集成了模拟电路与数字电路，其模拟电路负责控制加热器与外界温度温差维持不变，数字电路部分用以测量风速，并显示风速的数值。
现在的热式风速计主要工作模式有恒流(CC)模式，恒压(CV)模式，恒温差(CTD)模式，在恒压模式下，通过对加热器电流的变化的检测来预测流体的速度，在恒流模式下，通过对加热器电压的变化来预测流体的速度，而在恒温差模式下，通过对加热器功率的检测来预测流体的速度。热式风速计是模拟电子技术发展的产物，通过与数字电路的结合，其功能也更加多样。
现如今的热式风速计向着小型化，精确化方向发展，越来越多的手持式热风速计如雨后春笋般的涌现出来，而热式风速计的测量范围大大拓展，而且随着传感器技术的发展，热风速计的传感器越来越小，测量精确度也越来越高，新型的传感器也在不断的研发之中，而除了圆柱形传感器之外，其他样式的传感器也已经投入市场，直线型传感器，L型传感器已经获得了广泛的应用，在各个不同的领域发挥着作用。常见的有各种金属电阻，常用的有铜热电阻与铂热电阻，其样式如图12与图13所示：
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