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(guān)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0.2—2秒，靈敏度高。測溫范圍為-50—+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(yīng)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-50—150℃，分辨率為0.1℃,在0—100℃范圍內(nèi)精度可達(dá)±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A1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100—300mA。采用恒流源作為傳感器的工作電流較為復(fù)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(biāo)準(zhǔn)，采用恒溫水槽或油槽及標(biāo)準(zhǔn)溫度計作為100℃或其它溫度標(biāo)準(zhǔn)。在沒有恒水槽時，可用沸水作為100℃的標(biāo)準(zhǔn)（由于各地的氣壓不同，其沸點不一定是100℃，可用0—100℃的水銀溫度計來校準(zhǔn)）。

將PN結(jié)傳感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(shè)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(fù)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(yīng)用電路可參考本網(wǎng)站的常用A/D轉(zhuǎn)換器中的技術(shù)手冊。它的主要技術(shù)指標(biāo)如下：
基本量程：±1.999V(2V)
線性誤差：該讀數(shù)的0.05%±1字
電源：5—7.5V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