温度传感器 应用电路

3.PN结温度传感器的数字式温度计
电压跟随器 测量桥 差放
将PN结传感器插入冰水混合液中，等温度平衡，调 整W1，使DVM显示为0V，将PN结传感器插入沸水中（ 设沸水为100℃），调整W2，使DVM实现为100.0V， 再将传感器插入0℃环境中，等平衡后看显示是否仍 为0V，必要时再调整W1使之为0V，然后再插入沸水 ，经过几次反复调整即可。 W2通过电压跟随器A2可调节放大器A1的 增益。放大后的灵敏度10mV/℃ 。
VF(mv) 1000 800 R VF S700 600 400 200
V=3.6V R=300K V=5V R=43K
--50 0 50 100 150
t (℃)
图8.5.4 S700工作电路
图8.5.5 不同工作电压下的V F ---t特性
2.温敏二极管恒温器
图8.5.6 温敏二极管恒温器测量电路
温敏元件
温敏元件
图 8.5.8 电路
PN 结 温 差 测 量
8.6 红外温度传感器
4.单相异步电 机启动
工作绕组
启动绕组
电动机刚起动时，PTC 热敏电阻尚未发热 ，阻值很小，起动绕组处于通路状态，对 启动电流几乎没影响，启动后，热敏电阻 自身发热，温度迅速上升，阻值增大；当 阻值远大于启动线圈 L2 阻抗时，就认为 切断了启动线圈，只由工作线圈 L1 正常 工作。此时电动机已起动完毕，进入单相 运行状态。 图8-5 单相异步电机启动用热敏电阻原理图
3位半数字电压表模块MC14433
通过PN结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量 精度。一般工作电流为100—300mA。采用恒流源作为传感器的工作电流较为 复杂，一般采用恒压源供电，但必须有较好的稳压精度。
图8.5.7 PN结温度传感器的数字式温度计
4. 温敏三极管的温差检测电路
R6 100K
3. Pt100三线法性测量电路
仪用放大器
图8.3.6
热电阻的三线测温原理图
4. Pt100四线法性测量电路
图8.3.7
热电阻的四线测温原理图
其他应用请读者参考教材。
5. 工业流量计
当液体不流动时，两个 铂电阻等温，电桥平衡
不流动环境
3
铂电阻 流动环境 铂电阻 4
当液体流动时，铂电阻4温度随流速变化，铂电阻3温 度不随流速变化，流体速度将引起电桥的不平衡输出。
R2 Es R3 r r Rt
R1
A
r
桥臂
图中Rt 为热电阻；r为引线电阻； R1 ，R2为固定电阻； R3为调零精 密可变电阻。调使Rt0= R3 ，（ Rt0：热电阻在0 ℃时的电阻值） ，在0 ℃时，（R3+r）* R1=（ Rt0+r）* R2电桥平衡。测量时， Rt阻值变化时，从电流表中即可有 电流流过。
例1：用一支分度号为Ｋ(镍铬-镍硅)热电偶测量温度源的温度，工作时的参考端温 度(室温)t0＇=20℃，而测得热电偶输出的热电势(经过放大器放大的信号，假设放大 器的增益ｋ=10)32.7mv，则E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV，那么热电偶测得温度源的 温度是多少呢? 解：由附录Ｋ热电偶分度表查得： E(t0＇,t0)=E(20,0)=0.798mV 已测得 E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV 故 E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇, t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV 热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与4.068mV所对应的温度是100℃。 例2：用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB （t，t0）为33.29mV, 求加热炉温度。 解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。 可得 eAB（t，0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV 由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8℃
图8.4.4 AD592做冷端补偿的应用原理图
8.5 PN结温度传感器
8.5.1 外形
PN结温度传感器的外形繁杂，图8.5.1是国产S700系列PN结温度传感器的外形尺寸图， 其中（a）为耐温玻璃封装，（b）为金属外壳封装。
图8.5.1 S700传感器外形尺寸图
8.5.2 工作原理
PN结温度传感器是利用半导体PN结的结电压随温度变化而变化的原理工作的， 例如，晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的 结电压在温度每升高1℃时，下降约2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管 （如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（一般将NPN晶体管的bc结短接， 利用be结作为感温器件）接成二极管来做PN结温度传感器如图8.5.2所示。这种传感 器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50～ +150℃。典型的温度曲线如图8.5.3所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同， 因此它们的互换性差。
7. 一氧化碳报警器
+10V以上
检出CO气体时，气敏电阻RQ减小，V5、 V6、V7导通，振荡电路振荡，声音报警。
5V
加 热 支 路
备用电源
-
+
铂热电阻Pt100分度表
8.3.4 应用
1.热电阻的连接法
由于热电阻的阻值较小，所以导线电阻值不可忽视（尤其是导线较长时），故在 实际使用时，金属热电阻的连接方法不同，其测量精度也不同，最常用的测量电路 是电桥电路，可采用三线或四线电桥连接法。三线法如图8-12所示。
Uab
R1
A T EAB(T,T0)
R2
+
T0
a
-
R +
b
RCu
T0
R3
U
mV
B
B
图8.4.1 热电偶桥式冷端温度补偿器原理图
8.4.9 应用
1.AD594集成式单片热电偶冷端温度补偿器 AD594、AD595、AD597等是美国ADI公司生产的单片热电偶冷端补偿器，内部 还集成了仪用放大器，所以能实现对不同的热电偶进行冷端补偿之外，还可作为 线性放大器。其引脚功能是：U+、U-为电源正负端，IN+、IN-为信号输入端， ALM+、ALM-为热电偶开路故障报警信号输出端，T+、T-为冷端补偿正负电压输出 端，FB为反馈端，做温度补偿时UO端与FB端短接，详细资料见其使用说明。图 8.4.3为AK594的应用电路图。热电偶的信号经过AD594的冷端补偿和放大后，再用 OP07放大后输出。 2.用AD592做冷端补偿的热电偶应用电路
图8.5.2 PN结温度传感器
图8.5.3 PN结温度电压曲线
8.5.3 应用
1.火灾报警专用S700二极度管温度传感器
火灾报警用的温度传感器，主要以热敏电阻器为主，然而由于热敏电阻器的电 阻——温度特性呈非线性，长期稳定性差，互换性不好，价格高，给使用带来了 许多问题。国产S700系列火灾报警专用二极度管温度传感器。良好的线性关系， 互换性好，性能长期稳定，体积小，响应快。技术规范如表1所示。 图8.5.4给出了S700的工作电路，它通常采用恒压电源工作电路，这种电路非常简 单，将S700串联一个限流电阻后接入恒压源即可。在这种电路中，通过传感器的 工作电流是一个随温度升高呈近似线性增加的电流，而这种工作电流，使得S700 的正向电压------温度特性几乎呈完全的线性关系。图8.5.5给出了S700在不同工 作电路下的VF---t特性，由此可见VF与t之间是一个线性关系。
8.2.5 应用
1.NTC热敏电阻实现单点温度控制电路
单点温度控制是常见的温度控制形式，如图8.2.2所示。
调整b点电位Ub，即预设温度Tb，初始 时继电器不通电，常闭触点K闭合，加 热器通电加热。
直流电桥
比较器
2.热敏电阻测量真空度
真空度测量的方法比较多，利用热敏电阻实现真空度的测量电路原理如图8.2.3所示。
2.冷端温度修正法
对于冷端温度不等于0℃，但能保持恒定不变（恒温器）或能用普通方法测出（如室温） 的情况，可采用修正法。常采用热电势修正法。 计算公式：E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇, t0) 式中：E(t,t0)—热电偶测量端温度为ｔ，参考端温度为t0=０℃时的热电势值； E(t,t0＇)—热电偶实际测量温度ｔ，参考端温度为t0＇不等于０℃时的热电势 值； E(t0＇,t0)—热电偶测量端温度为t0＇，参考端温度为t0=０℃时的热电势值。
热敏电阻
气体
热敏电阻用的恒定电流加热，一方面使自身温度升高，另一方面也向周围介质散热，在单位时间 内从电流获得的能量与向周围介质散发的热量相等，达到热平衡时，才能有相应的平衡温度，对 应固定的电阻值。当被测介质的真空度升高时，玻璃管内的气体变得稀少，气体分子间碰撞进行 热传递的能力降低，热敏电阻的温度就会上升，电阻值随即增大，其大小反映了被测介质真空度 的高低。
3.冷端温度电桥补偿法
用电桥在温度变化时的不平衡电压（补偿电压）去消除冷端温度变化对热电偶热 电势的影响，这种装置称为冷端温度补偿器。 如图8.4.1所示，R1 、R2 、R3 和RW为锰铜电阻，阻值几乎不随温度变化， Rcu 为铜电阻（热电阻），其电阻值随温度升高而增大，与冷端靠近。设使电桥在冷端 温度为T0时处于平衡，Uab=0，电桥对仪表的读数无影响。当温度不等于T0时，电桥 不平衡，产生一个不平衡电压Uab加入热电势回路。当冷端温度升高时，Rcu也随之 增大，Uab也增大，但是热电偶的热电势却随冷端温度的升高而减小，若Uab的增加 量等于EAB的减小量时，则输出U保持不变。改变R的值可改变桥臂电流，可以适合不 同类型的热电偶配合使用。不同型号的冷端温度补偿器应与所用的热电偶配套。使 用时注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。