精密温度传感元件应用电路设计 - 全文

　　温度传感器是一种电压输出型精密集成温度传感器。它工作类似于齐纳二极管，其反向击穿电压随绝对温度以+10mV/K的比例变化，工作电流为 0.4—— 5mA，动态阻抗仅为1Ω，便于和测量仪表配接。这种温度传感器具有测量精度高，应用简单等优点。LMl35系列温度传感器的测温范围很宽，LM135测温范围为-55—— +150℃，LM235和LM335测温范围分别为-40 —— +125 ℃和 -40 —— +100 ℃。其短时使用测温上限可分别扩宽至200℃、150℃和125℃。

　　1、基本测温电路

　　图3是采用LMl35的测温电路，它的输出电压与绝对温度成正比，灵敏度为10mV/K。可以通过数字电压表测量其两端电压差来取得温度值。为防止自热效应对测量结果的影响，一般将LMl35的工作电流限制在1mA左右。

　　

　　2．精密测温电路

　　LMl35系列具有外附校正端，因此可以方便地对测量误差进行修正，有效地消除制造工艺带来的误差。电路修正方法很简单，如图所示，只需在温度为 25℃时调整电位器Rw改变校正端偏压，并用数字电压表 20V档测量传感器的输出压电值为2.982V 即可。经校正后，该电路在100C℃范围内测量误差小于1℃。

　　

　　3．温度遥测电路

　　当测量点与显示仪表距离较远时，传感器的工作电流在连接导线上的压降叠加在传感器的输出电压上，会产生一定的测量误差。为了消除连接导线电阻的影响，可以采用图5所示电路，利用恒流源驱动LMl35，由于传感器的工作电流恒定，连接导线电阻也是固定的，因此导线上的压降是一定值，可以通过校正端加以修正，保证了测量结果的准确性。

　　

　　4．热电偶冷端补偿测温电路

　　图6是采用热电偶且测温范围很宽的实用电路。它采用了分度号为K的热电偶，测量上限温度可达1000℃。为了消除热电偶冷端环境的影响，采用LM335 对冷端温度进行测量，然后通过运算放大器LM308将温度电压信号与热电偶产生的热电势叠加后放大输出，从而使输出电压信号反映热电偶工作端的真实温度。由于LM335输出电压与绝对温度成正比，故采用LM329与电阻分压产生一电压信号抵消其在0℃的输出电压。该电路输出电压与被测温度的对应关系被放大电路调整为10mV/℃。

　　

　　5．Ni—Cd电池快速充电电路

　　图7是一种安全可靠的Ni-Cd电池快速充电电路。它是利用Ni—Cd 电池外壳温度变化来检测电池充电是否完成的。一般来说，当被充电电池温度上升5℃时即已充至额定容量的80％。这里ST1用于检测环境温度，ST2与充电电池热偶合用于检测电池温度。利用温度传感器的失调调整端将ST1的输出电压调得比ST2高50mV，这样当电池温度超过环境温度5℃时，比较器 LM308输出变为低电平，LM317由恒流源状态变为电压源状态，输出电压仅2V左右，电源只能通过R以50mA的小电流继续给电池充电。这种方法可以节省充电时间又不会造成过充电。

　　

　　6．温差测量电路

　　在一些场合常需测量两点的温度差。如水泵风机等设计中，常需按入口处与出口处的温差来确定叶轮形状是否合理。由于温差很小，就要求有很高的测量精度相分辨率。图8所示是一种高灵敏度温差测量电路，其灵敏度为100mV／℃。这里采用精密运算放大器LM308，将两温度传感器测得的温差电压放大10倍后输出。调Rw可使两传感器处于同一温度时运放输出为0。

　　

　　7．气流检测电路

　　图9所示是利用LM335工作中的自热效应来检测气体的流动。ST1置于静止空气中，工作电流较低，约为1mA。ST2置于外部环境中，工作电流较大，约为10mA。ST3工作电流较大，而在空气不流动时其产生的自热温升高于STl的温升，因此比较器LM301的反相输入端电压高于同相输入端电压。输出为低电平。当外部环境空气流动时、ST2产生的热量不断传到周围空气中被带走，因此自热效应引起的温升降低。而这时STl处于静止的空气中，热传导很慢，故其自热效应引起的温升大于ST2的温升，故比较器LM301输出变为高电平，驱动发光管点亮告警。通过Rp可以设定报警点的空气流速。