3.4模块三、温度检测（下集成温度传感器）

机、电类

《传感器与检测技术项目教程》

模块三、温度检测

项目四

集成温度传感器（下）课件

建议教学课时分配表

（各学校可根据专业与具体情况作适当调整）

模块顺序与名称课时模块顺序与名称课时模块一认识检测技术与传感器2模块九小位移检测3模块二重量检测3模块十数字式位置检测3模块三温度检测4理论课时32模块四压力检测4实验6模块五流量检测3实训6模块六液位检测3讨论课、习题课2模块七振动检测3考试（建议开卷）2模块八光学量检测4合计48项目四、集成温度传感器（可选讲）项目一、铂热电阻项目二、热敏电阻项目三、热电偶项目五、防爆技术与安全栅拓展阅读、红外测温模块三、温度检测（下）目录进入現在時間是：14:52【项目教学目标】☞知识目标1）熟悉集成温度传感器的工作原理。2）了解常用集成温度传感器的特性。☞技能目标1）能根据不同的应用场合选择集成温度传感器。2）掌握集成温度传感器的接线方法。项目四集成温度传感器任务一认识集成温度传感器1.PN结的温度系数PN结是集成温度传感器的最基础的测温元件。

PN结的温度特性演示

二极管的正向电压降UD以-2mV/℃的趋势变化。集成温度传感器的测温原理

集成温度传感器内部多将一个三极管的集电极与基极短接，还有恒流源（VT3、VT4）、放大器、输出级等电路。在集成温度传感器内部，两只测温晶体管（VT1、VT2）的b-e结压降的不饱和值Ube之差ΔUbe，（R1上的压降）与热力学温度T、成正比：q:电子电荷,Jc1、Jc2:两只晶体管的集电极电流密度。一、AD590简介

AD590封装空脚（接地）AD590的特性AD590是电流输出型温度IC。工作电压范围为4~30V，温度适应范围为-55~150℃，灵敏度为1μA/K，输出电流I与热力学温度T成正比，输出电流表达式为I=T×1μA/K图3-38AD590的I-t特性曲线AD590的封装“DIP”是指引脚从封装的两侧引出的一种通孔贴装型封装。尽管针脚间距通常为2.54毫米。QFP是表面贴装型封装的一种，引脚从封装的四个侧面引出。其特征是引线为鸥翼形(“L”形)。拥有多种针脚间距：1.0毫米、0.8毫米、0.65毫米、0.5毫米、0.4毫米和0.3毫米。其名称有时会被混淆。QFP封装的缺点是针脚间距缩小图3-39AD590封装图及符号a）扁平塑料封装b）SOP-8贴片封装c）TO-52金属封装装d）符号“TO”代表”晶体管外壳”(TransistorOutline)。“SO”代表“小外形”(SmallOutline)。表3-6AD590系列产品的主要技术指标分

档IJKLM最大非线性误差(%/℃)±3.0±1.5±0.8±0.4±0.3额定电流温度系数/(1μA/K)1.0时的额定输出电流/μA298.15长期温度漂移/(℃/月)±0.1响应时间/s20壳与管脚的绝缘电阻/Ω1010等效并联电容/pF100工作电压范围/V4~30二、AD590测温电路AD590输出电压Uo1与热力学温度成正比：Uo1=IoRL

=(T×1μA/K)×1kΩ

=T×1mV/K

图3-40b电路的输出电压与摄氏温度成正比：Uo2=-IfRf=-t×10mV/℃图3-40AD590测温电路a）输出电压与热力学温度成正比的电路

b）输出电压与摄氏温度成正比的电路三、两点之间的摄氏温度差测量设AD590两处的温度分别为t1和t2，输出电流分别为I1及I2，

则流入A点（虚地点）的电流Ii=I1-I2。

运算放大器在此电路中起到电流减法器的作用。在反馈电阻为10kΩ的情况下，输出电压:Uo=-IfRf=-(I1-I2)Rf

=(t2-t1)×10mV/℃.任务三电压输出型集成温度传感器

一、LM35/45（10mV/K）

图3-42LM35的封装引脚图及图形符号a）TO-46金属封装装

b）TO-92塑料封装

c）SO-8贴片封装

d）图形符号AD590的基本转换电路（开氏温度）

电流-电压转换电路（10mV/K）

LM35的输出电压Uo与摄氏温度t成正比：Uo=t×10mV/℃增加负载电阻的阻值可提高输出电压。LM35无需外部校准或微调，输出电压与摄氏温度一一对应。AD590的基本转换电路

输出电压Uo与热力学温度成正比（1mV/K）

输出电压Uo与摄氏温度成正比（100mV/℃）

二、LM35的典型应用

1.正摄氏温度测量电路

2．满量程（-55~150℃）摄氏温度传感器

图3-43LM35构成的正摄氏温度（2~150℃）测量电路图3-44LM35构成的满量程摄氏温度测量电路集成温度传感器用于CPU散热保护电路散热风扇集成温度ICCPU插座CPU散热片任务四

数字输出型温度IC的应用

单片集成温度传感器内部包含高达上万个晶体管，能将测温PN结传感器、高准确度放大器、多位A/D转换器、逻辑控制电路、总线接口等做在一块芯片中，可通过总线接口，将温度数据传送给诸如微处理器、PC、PLC等上位机。不会产生模拟信号传输时电压衰减造成的误差，抗电磁干扰能力较强。

目前在集成温度传感器中常用的总线有：I-Wire总线、I2C总线、USB总线、SPI总线、SMBUS总线等。任务四

数字输出型温度IC的应用

DS18B20将传感器和各种数字转换电路集成在一起，对外只有3个引脚，分别是电源线VDD、地线GND和数据线DQ。

图3-45DS18B20的封装及引脚a）TO-92塑料封装

b）SO-8贴片封装

c）μSO-8小型贴片封装DS18B20的主要特点（1）独特的单线接口方式

DS18B20在与微处理器连接时，仅需要一根传输线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信，使用中无需外围器件。（2）测温范围

-55～+125℃，固有测温分辨率为0.5℃。（3）支持多点组网功能

最多允许8个DS18B20可以并联在三根线上，实现多点测温。如果数量超过8个芯片，容易造成信号传输的不稳定。（4）串行通信

测量结果可以设置为9~12位数字量方式串行传送。（5）转换时间

12位数字输出时最大转换时间为750ms。（6）掉电保护功能

DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，仍可保存报警温度的设定值。.图3-46DS18B20的内部结构图3-47DS18B20的单端口多点测温原理框图单总线多点测温的设计思想是：

当主机需要对众多在线的DS18B20中的某一个进行测温操作时，首先要发出匹配ROM的命令，紧接着主机把需要访问的64位序列号发送到总线上，只有具有此序列号的DS18B20才接受主机的命令，之后操作就仅针对该DS18B20。主机启动所有的DS18B20进行温度转换，然后，再通过“匹配ROM命令”，逐一读取每个DS18B20的温度数据。三、DS18B20温度IC的多端口多点测温应用图3-48DS18B20的多端口多点测温原理框图多端口多点测温方法的缺点是微处理器的I/O口占用较多，每一个测试点需要一根连接线，当连接的测试点较多、距离较远时，连接线的成本就较昂贵.四、SPI总线输出型温度IC用于K型热电偶的温度补偿MAX6675是基于SPI总线、专门用于对工业中最常用的镍铬-镍硅（K型）热电偶进行温度补偿的芯片。它能补偿因K型热电偶冷端不为0℃时带来的热电动势损失。在0~125℃范围内，MAX6675将产生41.6μV/℃的补偿电压。

热电偶的补偿导线A’、B’接到MAX6675芯片的T+、T-端，经MAX6675内部的加法电路，将K型热电偶补偿后的热电动势转换为代表温度的数字信号，从SPI串行接口输出到微处理器，必须与热电偶冷端或补偿导线A＇、B＇的末端处于相同的温度t0中。

数字输出型集成温度传感器

当热电偶冷端高于0℃时，输出的电动势EAB（tx，0℃）将减小。为了弥补冷端引起的损失，必须将冷端在t0温度时所损失的对应热电势EAB（t0，0℃）补偿到热电偶的输出中，使总的热电势增大，达到冷端为0℃时的EAB（tx，0℃），然后才能查热电偶的分度表，从而得到正确的被测温度tx。冷端补偿的公式为EAB(tx，0℃)=EAB(tx，t0)+EAB(t0，0℃)根据这一公式，许多厂商设计、制造了集成冷端补偿芯片。1专用热电偶冷端温度补偿芯片

MAX6675是基于SPI总线、专门用于对工业中最常用的镍络-镍硅K型热电偶进行温度补偿的芯片。它能将补偿后的热电动势转换为