集成化数字式温度计

　　一、引言

　　多年来，人们在日常生活中一般采用汞柱刻度式温度计来测量环境温度及物体的温升。市面上现在已出售敏感器件构成的指针式楹度计，但它们都存在着测量灵敏度低、范围小、精度差、响应慢以及读数不直观等问题。现代的温度传感器是一种能将温度变化的物理量转换为电信号的器件或装置，它能检测一200℃一+3000℃的温度范围。而且很容易达到士1%的测量精度。采用红外温度传感器还能实现远距离和非接触测量，特别适用于高速运动的物体、带电体、高压高温物体的温度测量。以集成温度传感器为核心，再辅助以数字电子技术就可对被测温度大小进行数字直观显示，而采用一些修正与补偿方法还可进一步提高其精确度。

　　二、集成温度传感器的工作原理

　　集成温度传感器是利用PN结伏安特性与温度之间关系研制成的一种固态传感器。二极管就是一个PN结，它作为温度传感器虽然工艺简单，但线性差。通常是将NPN三极管的集电结短接，

　　现在广为采用的集成电路温度传感器AD590就是基于上述原理研制生产的。图2是它的内部等效电路。其中Q。、Ql。和QI。集电极镜像恒定电流提供整个电路的偏置及基底漏电流，Q。、Qll的发射结电压差△U。。正比于绝对温度T，因而整个电路的输出信号即总电流正比于绝对温度。只要知道输出信号(电流)的大小就能换算成温度值，电流型集成温度传感器的温度系数约为1拼A/C。该电路的伏安特性如图3一(a)所示，从伏安特性曲线可知，在作用于器件两端电压为4一30v时，其输出电流具有恒流性，因此这种温度传感器在应用电路中可用一个理想恒流源符号代表之。图3一(b)为该器件的温度特性，它在一55C一+15Oc之间有较好的线性度。图3一(C)为非线性曲线，从图中可知.AD590工作在一55C一+100〔、范围内，△T随T。增加而线性增加，容易采用补偿方法使之达到一定的测量精度;在+100C一+15oC范围内△T随T。增加呈非线性减小，只能采用分段补偿法加以调校。

　　AD59O主要参数:

　　(1)电流输出:1拜A/K，正比于绝对温度;

　　(2)输出电流大小:218.2拼A镇I镇423.2拼A;

　　(3)工作范围:一55‘C~+15OC;

　　(4)工作电压:+4V~+3OV;

　　(5)温度误差:士0.SC;

　　(6)非线性:满量程范围士0.3C。

　　三、数字式温度计电路

　　AD590是单片双端集成温度传感器，由于它具有成本低、体积小、灵敏度高、稳定性好、校准方便、测量误差小等优点，因而在测量温度、恒温控制、温度补偿等方面有着广泛应用。这种集成二端器件，其输出电流与绝对温度成正比(1拼A/K)，当25C(298.ZK)时，输出电流298.2拼A。它相当于一个温度系数为1拼A/K的高阻恒流源。输出电流通过电阻可转换为电压信号送入A/D转换器转换成数字量信号，存放在内存单元中，经数码显示电路即可实时显示温度值。图4所示为采用AD59O与模数转换7107芯片组成的数字式温度计电路。集成电路温度传感器输出电流通过loKn电阻转换为10mV/C的电压信号，输出电流为273.2拜A，则OC时IOKn电阻上就已经有2.732V的电压输出，所以电路中通过W:来设置一个偏置电压使oC时输出电压为零。