溫度是表征物體冷熱程度的物理量

1、溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的測量參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占50%。    溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性能、頻率、光學特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會不斷涌現(xiàn)。 

2、60;  由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度測量的范圍極寬，從零下幾百度到零上幾千度，而各種材料做成的溫度傳感器只能在一定的溫度范圍內(nèi)使用。常用的測溫傳感器的種類與測溫范圍如下表所示。測溫傳感器的種類與測溫范圍測量原理種類測溫范圍（1）特征體積熱膨脹玻璃制水銀溫度計-20+350不需要用電玻璃制有機液體溫度計-100+100雙金屬溫度計0+300液體壓力溫度計-200+350氣體壓力溫度計-250+550電阻變化銅電阻-50+150精度中等，價格低鉑電阻-200+600精度高，價格貴熱敏電阻低溫-2000精度低，靈敏度高，價格最低一般-50+30中溫0+700熱電效應鎳鉻考銅0500(-

3、200+800)測量范圍寬，精度高，需要冷端補償鎳鉻鎳硅0800(-200+1250)鉑銠10鉑2001400(01700)鉑銠30鉑銠2001500(1001900)PN結(jié)結(jié)電壓變化半導體二極管-150+150(Si)靈敏度高，線性度好，二極管一類價格低晶體管特性變化晶體管150+150半導體集成電路-40+150壓電反應石英晶體振蕩器-100+200可作標準使用頻率變化SAW振蕩元件0+200光學變化光學高溫度計900+2000非接觸測量熱輻射輻射源溫度傳感器100+2000磁性變化熱鐵素體-80+150在特定溫度下變化Fe-Ni-Cu合金0350電容變化BaSrT2O3陶瓷-270+15

4、0溫度與電容是倒數(shù)關系物質(zhì)顏色示溫涂料01300檢測溫度不連續(xù)液晶0100顏色連續(xù)變化     溫度傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進行充分的熱交換而達到同一溫度。這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達到測溫的目的。這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器。這種測溫方法的主要特點是可以測量運動狀態(tài)物質(zhì)的溫度（如慢速行使的火車的軸承溫度，旋轉(zhuǎn)著的水泥窯的溫度）及熱容量小的物體（如集

5、成電路中的溫度分布）。    溫度傳感器的種類較多，我們介紹幾種主要的溫度傳感器及應用電路。PN結(jié)溫度傳感器     工作原理    晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1時，下降-2mV，利用這種特性，一般可以直接采用二極管（如玻璃封裝的開關二極管1N4148）或采用硅三極管（可將集電極和基極短接）接成二極管來做PN結(jié)溫度傳感器。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時間常數(shù)為0.22秒，靈敏度高。測溫范圍為-50

6、+150。典型的溫度曲線如圖1所示。同型號的二極管或三極管特性不完全相同，因此它們的互換性較差。     應用電路(一)    圖（2）是采用PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計，測溫范圍-50150，分辨率為0.1,在0100范圍內(nèi)精度可達±1。    圖中的R1，R2，D，W1組成測溫電橋，其輸出信號接差動放大器A1，經(jīng)放大后的信號輸入0±2.000V數(shù)字式電壓表（DVM）顯示。放大后的靈敏度10mV/。A2接成電壓跟隨器。與W2配合可調(diào)節(jié)放大器A

7、1的增益。    通過PN結(jié)溫度傳感器的工作電流不能過大，以免二極管自身的溫升影響測量精度。一般工作電流為100300mA。采用恒流源作為傳感器的工作電流較為復雜，一般采用恒壓源供電，但必須有較好的穩(wěn)壓精度。    精確的電路調(diào)整非常重要，可以采用廣口瓶裝入碎冰渣（帶水）作為0的標準，采用恒溫水槽或油槽及標準溫度計作為100或其它溫度標準。在沒有恒水槽時，可用沸水作為100的標準（由于各地的氣壓不同，其沸點不一定是100，可用0100的水銀溫度計來校準）。    將PN結(jié)傳感

8、器插入碎冰渣廣口瓶中，等溫度平衡，調(diào)整W1，使DVM顯示為0V，將PN結(jié)傳感器插入沸水中（設沸水為100），調(diào)整W2，使DVM實現(xiàn)為100.0V，若沸水溫度不是100時，可按照水銀溫度計上的讀數(shù)調(diào)整W2，使DVM顯示值與水銀溫度計的數(shù)值相等。再將傳感器插入0環(huán)境中，等平衡后看顯示是否仍為0V，必要時再調(diào)整W1使之為0V，然后再插入沸水，看是否與水銀溫度計計數(shù)相等，經(jīng)過幾次反復調(diào)整即可。    圖中的DVM是通用3位半數(shù)字電壓表模塊MC14433，可以裝入儀表及控制系統(tǒng)中作顯示器。MC14433的應用電路可參考本網(wǎng)站的常用A/D轉(zhuǎn)換器中的技術手冊。它的主要

9、技術指標如下：    基本量程：±1.999V(2V)    線性誤差：該讀數(shù)的0.05%±1字    電源：57.5V單電源    平均功耗：300mW    過量程時：數(shù)字閃爍    DU腳接地時：數(shù)據(jù)可保持 PN結(jié)溫度傳感器     應用電路(二)  &

10、#160; 下面我們來看看利用不帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機實現(xiàn)測溫的應用電路。    這里我們選用內(nèi)帶一個模擬比較放大器的AT89C2051單片機來實現(xiàn)這一功能，AT89C2051是一片ATMEL公司推出的兼容C51的8位單片機，內(nèi)帶2k的Flash程序存儲器，128字節(jié)的內(nèi)部RAM,具有15個I/O口，6個中斷源，只有20個引腳，價格也相當便宜，可謂價廉物美的單片機。詳細的資料可參見本網(wǎng)站的“ATMEL單片機”中的AT89C2051。其中內(nèi)含一個模擬比較放大器，P1.0是比較放大器的同相輸入端，P1.1是比較放大器的反相輸入端，這兩個輸入輸出口內(nèi)

11、部并沒有上拉電阻，比較放大器的輸出端連至P3.6，也沒有引出，但可用指令訪問該引腳。    在該單片機外接RC元件即可構(gòu)成簡單的，低精度的A/D轉(zhuǎn)換電路，電路如圖3所示，P1.0（同相端）接上RC充放電阻和電容，P1.1（反相端）作為外部被測溫度電壓的輸入端，作為PN結(jié)溫度傳感器，本身輸出電壓較低，可參照上一節(jié)我們給出的放大電路，溫度傳感電壓經(jīng)放大后再引至單片機的輸入端。P1.2充放電控制端通過一個數(shù)k的電阻接正電源Vcc，因為R1遠小于R2，可以認為在P1.2輸出邏輯高電平時，電壓是相當接近Vcc高電平的。    電路工作過程如下：程序開始時，先置P1.2為邏輯低電平，并延時一小段時間，使P1.2為低電平，電容C經(jīng)R2放完電，此時，P1.0=0V，而P1.1>0V,比較放大器輸出“0”電平，接著置P1.2為高電平，同時定時器開始計時，當電容C上的電壓Vc充到Vc=Vx時，P1.0與P1.1的電位相等，比較放大器的同相端和反相端電平相等時，輸出端P3.6輸出高電平，當掃描查詢到P3.6為高電平時即停止計時，那么只要測得開始對電容充電到P3.6輸出高電平的時間，通過換算即可