温度测量-集成温度传感器-王威立

1、2. 8集成温度传感器集成温度传感器是把感温元件（常为PN结） 与有关的电子线路集成在很小的硅片上封装 而成。集成温度传感器具有体积小.线性好、反应 灵敏等优点，所以应用十分广泛。由于PN结不能耐高温，所以集成温度传感器 通常测量1 乂 C以下的温度。集成温度传感器按输出量不同可分为：.和三大类。2. 8. 1集成温度传感器基本工作原理若三极管的发射结处于正向偏置，并使集电极 电流恒定，则三极管基极与发射极之间的电压和温 度的关系为喰=峪。-竽T式中，C2 与结面积、集电极电流有关的常数。冬。绝对零度时PN结材料的导带和价带的电势差。1 三极管基极与发射极之间的电压Uz和温度T呈 线性关系。2

2、.在集电极电流【c恒定的情况下，电压随温 度T的升高而降低，故呈现负温度系数。c=10i-A200o.Tf 二 100 u AIc =50 u A1.0r（K）2. 8. 1集成温度传感器基本工作原理集成温度器是以晶体管 作为感温元件，并将温敏晶 体管及辅助电路集成在一块 芯片上。单个晶体管基极一 发射极之间的电压在恒定集 电极电流的条件下，可以认为与温度呈单值线性关系但仍存在非线性偏丼， 温度范围越大，引起的非线性误差就越大。为了 进步减小这种非线性谋差，集成温度传感器采 用对管差分电路，使得在任何温度F,两结管基 极一发射极电压Z并4be与温度保持线性关系。2. 8. 1集成温度传感器基本

3、工作原理对管差分电路由电路图可知处=be A be2二Ug。-呼T-Ug°+呼T =¥ G - cjbc2 十见 一 Ube = 0 由上式可以求出对管基极一 发射极电压之差为：一、电压输出型集成温度传感器=IR、=仝仏 R、调节电阻比，可使厶当三极管VT】、VT2的0值远人 于1时，电路输出电压匕。为：(附：)R、&不变则与T成线性关系。若R -940Q, R2=30I<Q, Y =37,耐电路输由温度系数为10mV/I<o电压型集成温度传感器p PC616A/CpPC系列的传感器是NEC公司的产品，piPC616 是典型产品之一，"PC61

4、6输出电压和温度成正比， 灵敏度为10 mV/K(10 mV/-C)o由于它在温度变化 1(M)°C时，线性度仅变化0.5%,所以不需要外加线性 化校正电路，可直接组成绝对温度测量电路。pPC616有A、C两个型号系列，pPC616A的测量 范由是.40+1259,而J1PC616C测量范围是25 +859。（l）pPC616电压型集成温度传感器的外形和管脚功能、瞅RPC516m1J1PC616电压型集成温度传感器的内部结构HPC616电路可分为6.85 VlOmV/KVDpipc616的内部结构具有10mV/K的温度系数，其输出电压的绝对值在T=25 时为2. 982V（对应于29

5、8. 2K）,因此 PPC616可以很方便地把它的输出值6.&5 V温度ft*l()n V/K匚传毎a>® R50o中具有温灰补偿电路，因而使输出电压十分稳定，整 个电路性能具有稳定、可靠和重复性好的优点，这部分电路等效 成一个击穿电压为6. 85V的齐纳二极管.在电路中具有两个功能，其一是当MPC616用于测温 时，运算放大器的反相输入端与输出端连接而成为电压跟随器， 输出信号与所测绝对温度（K）相对应，输出电压与温度的对应值 为1D0K/V;第二个功能是反相输入端单独使用，作为温度控制 时设定值的输入端.(3) |iPC616电压型集成温度传感器的应用 可用于测温或

6、温度控制测温电路中的1脚、2脚相连，第3脚与1, 2脚之间具有10mV/K的温 度系数，即输出电压V0=(10mV/K)XT, T为绝对温度。因为第3、4脚之间有一个相当于6.85V的稳压管。为使稳压管能 正常工作，外加电源应大于6.85V并需串入一个电阻，这个电阻 值的大小根据pPC616工作电流(约1mA)和外加电压来确定，例如 外加电压为15V,则：R=(Vc-V)/I=(15-6.85)/1 X 103=8.15K£2温度控制传感器的2脚作温度设定值的输入端通过调节电位器Rw,使它 的电阻值定在与某一温度相对应的电压值上。当外界温度超过或 低于此温度时,1脚会输出高电平或低电

7、平，完成对温度的判断，进 而实现对温度的控制或进行报警o二、电流输出型集成温度传感器电流输出型典型集成温度传感器 有AD590 （美国AD公司生产），国内 同类产品SG590。器件电源电压4 30V, 测温范围- 50+150°C。O382敏岀电讹PN统对诗 温敏兀件（a）外形；（b）电路符号；（c）内部原理框图A 059()unnn5对管VT、VT?作为恒流 源负载，VT5> VT4作为 感温元件，VT3> VT4发 射结面积之比为Y，此 时电流源总电流片为：当R、Y为恒定量时耳与T成线性关系。若R=358£2, Y =8,则电路输出温度系数为1|aA/I&l

8、t;o7伏实特幢工作电压：4V-30V, /为一恒流值输出，ITk9即:岛标定因子，AD5少0的标定因子为lpA/K4 /pA423 |yj+150十298 /-4=i +252,8 rjA04V30V UnAD590伏安特性曲线其温度特性曲线函数是以几为变量的阶多项式之和, 省略非线性项后则有： 7=Kt7；+2732rc摄氏温度；/的单位为屮。可见，当温度为（TC时，输出电流为273.2jiAo在常温259 时，标定输出电流为298.2|iA。-550150 Tc/°CAD590温度特性曲线4028BCD 码 /十进制码转换电路4051"选I编码运逻辑电卩 接口-二 -

9、o 令10kQ HlOmV/V图2&8应用AD590进行多点温度检测图2.8.7 温羌测龜3.应用片莫例题：如测温电路图所示，AD590测量灵敏度K=lp A/°C, 当温度为25°C时输出电流为298. 2p A/°C,求当温度分别 为-25°C和+120°C时，电压表对应电压值为多少？（注：不考虑非线性误差。）W AD590E_ LJ/?ni.5kQ rT 电压表3.应用计奠TrAD5<Hj/<1.5k£2 I r 电压表解：忽略非线性误差。 设AD590输出电流I二Kt+to 当 t 二 25°C

10、时， 298. 2二 IX 25+5 5二273. 2 I二Kt+2732 电压表对应电压：Vt =IR= (lXt+273.2) X1O-6X1. 5X103 V_25 =(-25+273. 2) X 10-6X 1.5X 103 =372. 3 (mV)V,，o 二(120+273. 2) X 10-6X 1.5X 103=589. 8 (mV)1.DS18B2 0的特性GND IQ Vdd (a)PR-35 封装DS1820NC(b)SOIC 封装IJOGNDVddNC NC NC三.数字输出型集成温度传感器无需外围元件；由总线提供电源；,可分辨温度可达0.0625 9测温范围为55&#

11、176;C125#C； 可编程的分辨率（912位）A/D变换时间为93.75-750ms ；单线接口：仅需一根口线与MCU连接；用户可以任意设置温度上、下限报警值，且能够识别 具体报警传感器。2. DS18B20的结构I寄生电源电源检测64bitROM和单线接口温度灵敏元件高温触发器低温触发器存储器控制逻辑Mi crc触发器DS18B20内部结构图独特的寄牛电源方式仃三个好处:1）进行远距离测温时,无需木地电源2）可以在没仆常规电源的条件卜读取ROM3）屯路更加简洁,仅川根I/O n实现测温DS18B20图7t外部供电方式的名方的温屯路图光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的， 它可以看

12、作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻 ROM的排列是：开始8位（地址：28H）是产品类型 标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，并且 每个DS18B20的序列号都不相同，因此它可以看作是该 DS18B20的地址序列码：最后8位则是前面56位的循 环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一个 DS18B20的ROM数据都各不相同，因此微控制器就可 以通过单总线对多个DS18B20进行寻址，从而实现一根 总线上挂接多个DS18B20的目的。检資CRC 4Bbit乍列号 8bii王厂代码（10H）MSBLSB MSBMSHLSBitt 度=进制农示i Aitt和義示

13、I 125OJCWOl 1J 1 101(XX)()071X)11 25 0625OTOOOOG1 1001(X)010l<JI H 10.125OXJOOKICI 1010001()00A2H 0.5(XXXMKKKI (MXN)l<)0<)(MMJ8H0OXXKIfKlO OOOCOOOfl00001-0.5llllllll 111114X)0H1HH 10.125iinnii oioiinoFF5EH25 Q2111 II 110 01101 II 1FECKH-55fill 1100 10010000FC90HDS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进

14、制形式提供，形式表达，其中S为符号位。Nt 1M6M 4M 1211IJLSUmv2-2*2；2* |甘15hit 13Hl 12bMlIbciWhi 8MSBvtcS | S | S | Ss2*24 1例如+ 125 °C的数字输 出为07D0H （正温度 直接把16进制数转成10 进制即得到温度值） -55°C的数字输出为FC90H o （负温度把 得到的16进制数取反后 加1再转成10进制数）表3：配百寄仃器结的TMR1R011111肛血位 直都ATI J TM足测试模£位.用112W D518B20在工作模成还足在测试模成在DS13B20 出丿时该位坡设直为0川户不芟占改功.R1 Bl R0用来设说分辨卒.如卜农所不：（DS18B20岀厂 时被设邑为12位）表徐温度分圳率设曲农R1R0分辨率人转换时间009位93. 75«s0110位187. oks1011 R375ms1112位750ms3. DS18B20的工作原理3. DS18B20的工作原理低温度系数晶体振荡器输出周期Ti = /iC）低温度系数晶体振荡器输出周期T2 = f2（Tx）5 =灯（1+oq TX）TXt2 =左2（1+*2 Tx）T*式中，kl, k2为常数；oq为低温度系数乞2为咼温丿殳系数3. DS18B20的工作原理如让计敎器1被预鲨在与弋