1.集成温度传感器的测温原理

集成温度传感器是一种新型的温度传感器，具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的测温原理是基于PN结的温度特性，硅二极管或者晶体管的PN结在结电流一定时，正向压降UD以-2Mv /℃变化，通过测量PN结的正向压降就可以得到对应的温度值，其测温范围一般在-50～+150℃之间。

2.集成温度传感器的类型

集成温度传感器分成模拟型和数字型两大类，其中模拟型集成温度传感器的输出形式可分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0V。电流输出型的灵敏度一般为1mA/K,热力学温度0k时输出为0A。数字型集成温度传感器又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等。电压输出的有LM34/35,TMP35/36等；电流输出有AD590，AD592，TMP17等型号；数字输出则是AD7416，TMP03/04等型号。

3. AD590集成温度传感器

（1）AD590集成温度传感器工作原理

AD590集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结(PN结)压降的Vbe与热力学温度T和通过发射极电流密度J的关系实现对温度的检测。

                                               (3-10)

式中：K—波尔兹常数；      q—电子电荷绝对值。      J- 发射极电流密度

                   （a）外形                           （b）测温原理简图

                  图3-15    AD590的外形和测温原理简图

 AD590的测温原理可以如图3-15所示，图中性能相同的晶体管T3、T4将IT分为两个相等的电流I1和I2，起恒流作用。晶体管T1、T2起感温作用，T2中的电流密度J2为T1中电流密度J1的8倍，即J2=8J1 , T1和T2的发射结电压Ube1和Ube2反极性串连后施加在R上，则R的端电压⊿Ube为

                   （3-11）

由式（3-11）可知，R两端电压正比于绝对温度T。通过R的电流I近似等于I=179T/R，与T成正比，I=2I，也与成正比，若 R= 358Ω，其比例系数

               (3-12)

由式（3-12）可知，温度内每升高1k，电流就增大1μA。AD590就是按照这个原理制造的。

（2）AD590集成温度传感器的基本应用电路

 ①基本测温电路

AD590集成温度传感器的基本测温电路如图3-16所示。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比（1mA/K），当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。

图3-16  基本测温电路         图3-17    测量摄氏温度电路 

②测量摄氏温度电路

图3-17所示的是测量摄氏温度的电路，该电路采用运算放大器构成反响加法器来实现电流/电压转换。电位器Rp用于调整零点，Rf用于调整运放的增益。在0℃时调整RP，使输出UO=0，然后在100℃时调整Rf使UO=1V。在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么UO应为0.25V。

4.LM35集成温度传感器

LM35是美国NS公司生产，其输出电压线性地与摄氏温度成正比（+10mV/℃），是电压型集成温度传感器。其有三种封装形式:塑封、金属外壳，如图3-18所示。检测精度为0.4℃~0.8℃，测量范围-55 ℃~+150℃，工作电压4V~30V，非线性为±0.25 ℃。

图3-18    LM35的外形和封装

图3-19为LM35构成的测温电路，分成单电源和正负电源两种接法，单电源只能测量0.5℃以上的温度。需要测量零度以下的温度，则采用正负电源供电的接法。

    （a）测量0.5℃以上的温度            （b）测量-55 ℃~+150℃温度的电路 

图3-19  LM35测温电路

         实训3-4  集成温度传感器及温度控制实验(AD590)

1、实验目的

（1）熟悉半导体型温度传感器AD590的基本性能。

（2）应用AD590实现对温度的检测和简单控制。

2、实验所用单元

  保温盒（内附温度传感器）（如图3-32所示），温度传感器转换电路与控制电路板（如图3-33所示），玻璃管水银温度计，直流稳压电源，低压交流电源，数字电压表，位移台架。

3、实验原理及电路

（1）温度传感器电路如图3-34所示。AD590能把温度信号转变为与绝对温度值成正比的电流信号I0，比例因子为1μA/K。通过运算放大器实现电流运算，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压UO。

  通过调节电位器RP1和RP2，可以使UO在被测温度范围内具有合适数值。例如被测温度范围为0～100℃，则可在0℃时，调节RP1使UO为0V；在100℃时，调节RP2使UO为5V，这样被测温度每变化1℃对应UO变化50mV。

在本实验中，由于0℃和100℃这两个温度不便得到，因此温度/电压的标定采用理论值推算的方法。在0℃下AD590的电流理论值为273.2μA，要使输出电压U_O为0V，则I₀与I₁相等：

（2）如果将转换电路的输出电压连接到加热及温度控制电路中（如图3-35）的电压比较器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电压比较器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值范围内。

4、实验步骤

（1）固定好位移台架，将内装温度传感器的保温盒置于位移台架上，将水银温度计插入保温盒内，轻靠在温度传感器上。

（2）在此实验中，我们用输出电压UO反映实测温度，用温度计作为校核标准。根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP1和RP2的阻值（说明：在转换电路板上可以使用万用表进行测量，即调节RP1使得R1+RP1=18.31KΩ；调节RP2使得R2+RP2=50KΩ）。

（3）按照图3-34和图3-35接线，将实验台面板、转换电路板和温度传感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于20V档，转换电路板上K2打在B2（低温）侧。（注意：不能打到高温侧，会烧坏传感器）。

（4）接通直流稳压电源（加热电源开关K1断开），经过几分钟，等待电路工作稳定，此时实验系统所测量的温度为室温t。细调RP1使输出电压UO与室温相对应，其数值的关系为。（例如：室温是22℃时，调节RP1使输出电压UO为0.05*22=1.1V）

（5）电压表输出线插入无名端，调节电位器RP4，使温度给定电压为2V，即表示设定温度为40℃，接通加热电源开关，观察升温过程。

  在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590小，因此温度计指示值要慢于UO的变化。此时转换电路板上的红色指示灯VD1灭，继电器J断开，传感器小板上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。

  当UO达到2V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍有上升，然后下降。当UO降到2V左右时，继电器J断开，接通加热电源，温度仍会继续稍有下降，然后上升。经过几次这样的循环，温度变化范围会稳定下来。

  如果温度计的平均指示值小于40℃，应适当减小RP2的阻值，反之则要增加。调整RP2，使温度计的平均指示值尽量接近40℃。

（6）调节RP4，使给定电压为2.5V，设定温度为50℃，重复上一步骤。

5、实验报告

（1）实验内容中所采用的调节方法：先调节室温下的RP1，再调节40℃下的RP2，如果不考虑其它因素，这种方法是否是最合适的？为什么？

（2）说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？

6、实验连线图

    本实验的实际连线图如图3-36所示。

集成温度传感器其实是基于PN结的温度特性，实验证明，在正向电流保持不变的情况下，半导体PN结的正向导通电压与温度变化呈线性关系，所以PN结也可以构成温度传感器，其测温范围在-50oC～150 oC之间。利用THSRZ-2型传感器实验装置附带的PN结温度传感器测量加热源的温度，并且与AD590比较，哪一种测量更方便，更实用？