模块二 温度传感器_3（课件）- 《传感器与检测技术（项目教程）》同步教学（西安交大版·2015）

传感器与检测技术项目教程 学习单元一 热电阻传感器 学习单元二 热电偶传感器 学习单元三 集成温度传感器 学习单元四 温度传感器应用实例 模块二 温度传感器 学习单元三 集成温度传感器 集成温度传感器是利用晶体管PN结的正向压降随温度升高而降低的特性，将晶体管的PN结作为感温元件，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成并封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件，又称温度IC。它与半导体热敏电阻一样具有体积小、反应快的优点，同时具有线性好、性能高、价格低、抗干扰能力强等特点。虽然由于PN结受耐热性能和特性范围的限制，只能用来测量150 ℃以下的温度，但集成温度传感器仍在许多领域得到了广泛的应用。本学习单元主要介绍集成温度传感器的基本工作原理和应用方法。 学习单元三 集成温度传感器 半导体管温度传感器 一、 半导体二极管温度传感器由PN结构成，根据PN结的伏安特性可以导出PN结正向压降随温度变化的关系为温度升高，PN结正向压降就下降，如图2-24 所示。 图2-24 二极管的温度特性 学习单元三 集成温度传感器 利用二极管的这一特性，就可以进行温度的测量。除扩散电流外，半导体二极管的正向电流中还包含空间电荷区的复合电流和表面复合电流成分，这两种复合电流成分将使得半导体二极管的实际特性曲线偏离理想曲线，线性误差较大。而半导体三极管在正向工作状态下的温度特性更理想，具有良好的线性度。当集电极电流为恒定电流时，发射结压降Vbe与温度T成线性关系，可以根据这个关系通过发射结压降来测量温度。 学习单元三 集成温度传感器 集成温度传感器的工作原理与应用 二、 三极管由于仅有一个发射结电压Vbe，因此其具有的线性度和一致性不太理想。在集成温度传感器中，可以采用一对非常匹配的半导体管做差分对管，利用它们的发射结电压Vbe之差所具有的良好正温度系数来制作集成温度传感器。在较宽的温度范围内可以做到发射结电压Vbe之差就是温度T的理想线性函数，这也是集成温度传感器的基本工作原理，并以此为基础设计出各种不同电路和不同输出类型的集成温度传感器。 学习单元三 集成温度传感器 集成温度传感器内将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-50~＋120 ℃的温度测量。集成温度传感器按照输出方式有电压型和电流型两种，其中电流输出型集成温度传感器在一定温度下相当于一个恒流源，因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。 下面以电流输出型集成温度传感器AD590为例介绍其工作原理与应用，同时简单介绍电压输出型集成温度传感器LM35和智能温度控制器DS18B20的应用。 学习单元三 集成温度传感器 电流输出型集成温度传感器AD590 1. AD590是美国Analog Devices公司生产的电流型集成温度传感器，其采用TO-52金属圆壳封装结构，其外形、引脚排列和电路符号如图2-25所示。 图2-25 AD590的外形、引脚排列和电路符号 学习单元三 集成温度传感器 AD590的主要特性如下： （1）流过器件的电流(μA)在数值上等于器件所处环境的热力学温度，即 Ir/T=1 式中，Ir为流过器件（AD590）的电流，μA；T为热力学温度，K。 (2)AD590的测温范围为-55~+150 ℃。 (3)AD590的电源电压为4~30 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏。 学习单元三 集成温度传感器 (4)输出电阻为710 mΩ。 (5)精度高，在-55~+150 ℃其非线性误差仅为±0.3 ℃。 利用AD590可以构建测量热力学温度的基本应用电路，如图2-26所示。 图2-26 AD590的基本应用电路 学习单元三 集成温度传感器 由于流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1 kΩ时，输出电压Vo随温度的变化率为1 mV/K；但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使Vo=273.2 mV；或在室温（25 ℃）条件下调整电位器，使Vo=(273.2+25)mV=298.2 mV。但这样调整只能保证其在0 ℃或25 ℃附近有较高精度。由于电阻的阻值随温度变化存在误差，因此也可以把电阻设为电位器，根据温度变化随时进行零点调整，保证测量结果的准确性。 学习单元三 集成温度传感器 电压输出型集成温度传感器LM35 2. 学习单元三 集成温度传感器 图2-27 LM35的封装形式 学习单元三 集