機(jī)、電類(lèi)

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程》

模塊三、溫度檢測(cè)

項(xiàng)目四

集成溫度傳感器（下）課件

建議教學(xué)課時(shí)分配表

（各學(xué)校可根據(jù)專(zhuān)業(yè)與具體情況作適當(dāng)調(diào)整）

模塊順序與名稱(chēng)課時(shí)模塊順序與名稱(chēng)課時(shí)模塊一認(rèn)識(shí)檢測(cè)技術(shù)與傳感器2模塊九小位移檢測(cè)3模塊二重量檢測(cè)3模塊十?dāng)?shù)字式位置檢測(cè)3模塊三溫度檢測(cè)4理論課時(shí)32模塊四壓力檢測(cè)4實(shí)驗(yàn)6模塊五流量檢測(cè)3實(shí)訓(xùn)6模塊六液位檢測(cè)3討論課、習(xí)題課2模塊七振動(dòng)檢測(cè)3考試（建議開(kāi)卷）2模塊八光學(xué)量檢測(cè)4合計(jì)48項(xiàng)目四、集成溫度傳感器（可選講）項(xiàng)目一、鉑熱電阻項(xiàng)目二、熱敏電阻項(xiàng)目三、熱電偶項(xiàng)目五、防爆技術(shù)與安全柵拓展閱讀、紅外測(cè)溫模塊三、溫度檢測(cè)（下）目錄進(jìn)入現(xiàn)在時(shí)間是：14:52【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】?知識(shí)目標(biāo)1）熟悉集成溫度傳感器的工作原理。2）了解常用集成溫度傳感器的特性。?技能目標(biāo)1）能根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇集成溫度傳感器。2）掌握集成溫度傳感器的接線方法。項(xiàng)目四集成溫度傳感器任務(wù)一認(rèn)識(shí)集成溫度傳感器1.PN結(jié)的溫度系數(shù)PN結(jié)是集成溫度傳感器的最基礎(chǔ)的測(cè)溫元件。

PN結(jié)的溫度特性演示

二極管的正向電壓降UD以-2mV/℃的趨勢(shì)變化。集成溫度傳感器的測(cè)溫原理

集成溫度傳感器內(nèi)部多將一個(gè)三極管的集電極與基極短接，還有恒流源（VT3、VT4）、放大器、輸出級(jí)等電路。在集成溫度傳感器內(nèi)部，兩只測(cè)溫晶體管（VT1、VT2）的b-e結(jié)壓降的不飽和值Ube之差ΔUbe，（R1上的壓降）與熱力學(xué)溫度T、成正比：q:電子電荷,Jc1、Jc2:兩只晶體管的集電極電流密度。一、AD590簡(jiǎn)介

AD590封裝空腳（接地）AD590的特性AD590是電流輸出型溫度IC。工作電壓范圍為4~30V，溫度適應(yīng)范圍為-55~150℃，靈敏度為1μA/K，輸出電流I與熱力學(xué)溫度T成正比，輸出電流表達(dá)式為I=T×1μA/K圖3-38AD590的I-t特性曲線AD590的封裝“DIP”是指引腳從封裝的兩側(cè)引出的一種通孔貼裝型封裝。盡管針腳間距通常為2.54毫米。QFP是表面貼裝型封裝的一種，引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出。其特征是引線為鷗翼形(“L”形)。擁有多種針腳間距：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。其名稱(chēng)有時(shí)會(huì)被混淆。QFP封裝的缺點(diǎn)是針腳間距縮小圖3-39AD590封裝圖及符號(hào)a）扁平塑料封裝b）SOP-8貼片封裝c）TO-52金屬封裝裝d）符號(hào)“TO”代表”晶體管外殼”(TransistorOutline)。“SO”代表“小外形”(SmallOutline)。表3-6AD590系列產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)分

檔IJKLM最大非線性誤差(%/℃)±3.0±1.5±0.8±0.4±0.3額定電流溫度系數(shù)/(1μA/K)1.0時(shí)的額定輸出電流/μA298.15長(zhǎng)期溫度漂移/(℃/月)±0.1響應(yīng)時(shí)間/s20殼與管腳的絕緣電阻/Ω1010等效并聯(lián)電容/pF100工作電壓范圍/V4~30二、AD590測(cè)溫電路AD590輸出電壓Uo1與熱力學(xué)溫度成正比：Uo1=IoRL

=(T×1μA/K)×1kΩ

=T×1mV/K

圖3-40b電路的輸出電壓與攝氏溫度成正比：Uo2=-IfRf=-t×10mV/℃圖3-40AD590測(cè)溫電路a）輸出電壓與熱力學(xué)溫度成正比的電路

b）輸出電壓與攝氏溫度成正比的電路三、兩點(diǎn)之間的攝氏溫度差測(cè)量設(shè)AD590兩處的溫度分別為t1和t2，輸出電流分別為I1及I2，

則流入A點(diǎn)（虛地點(diǎn)）的電流Ii=I1-I2。

運(yùn)算放大器在此電路中起到電流減法器的作用。在反饋電阻為10kΩ的情況下，輸出電壓:Uo=-IfRf=-(I1-I2)Rf

=(t2-t1)×10mV/℃.任務(wù)三電壓輸出型集成溫度傳感器

一、LM35/45（10mV/K）

圖3-42LM35的封裝引腳圖及圖形符號(hào)a）TO-46金屬封裝裝

b）TO-92塑料封裝

c）SO-8貼片封裝

d）圖形符號(hào)AD590的基本轉(zhuǎn)換電路（開(kāi)氏溫度）

電流-電壓轉(zhuǎn)換電路（10mV/K）

LM35的輸出電壓Uo與攝氏溫度t成正比：Uo=t×10mV/℃增加負(fù)載電阻的阻值可提高輸出電壓。LM35無(wú)需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，輸出電壓與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)。AD590的基本轉(zhuǎn)換電路

輸出電壓Uo與熱力學(xué)溫度成正比（1mV/K）

輸出電壓Uo與攝氏溫度成正比（100mV/℃）

二、LM35的典型應(yīng)用

1.正攝氏溫度測(cè)量電路

2．滿量程（-55~150℃）攝氏溫度傳感器

圖3-43LM35構(gòu)成的正攝氏溫度（2~150℃）測(cè)量電路圖3-44LM35構(gòu)成的滿量程攝氏溫度測(cè)量電路集成溫度傳感器用于CPU散熱保護(hù)電路散熱風(fēng)扇集成溫度ICCPU插座CPU散熱片任務(wù)四

數(shù)字輸出型溫度IC的應(yīng)用

單片集成溫度傳感器內(nèi)部包含高達(dá)上萬(wàn)個(gè)晶體管，能將測(cè)溫PN結(jié)傳感器、高準(zhǔn)確度放大器、多位A/D轉(zhuǎn)換器、邏輯控制電路、總線接口等做在一塊芯片中，可通過(guò)總線接口，將溫度數(shù)據(jù)傳送給諸如微處理器、PC、PLC等上位機(jī)。不會(huì)產(chǎn)生模擬信號(hào)傳輸時(shí)電壓衰減造成的誤差，抗電磁干擾能力較強(qiáng)。

目前在集成溫度傳感器中常用的總線有：I-Wire總線、I2C總線、USB總線、SPI總線、SMBUS總線等。任務(wù)四

數(shù)字輸出型溫度IC的應(yīng)用

DS18B20將傳感器和各種數(shù)字轉(zhuǎn)換電路集成在一起，對(duì)外只有3個(gè)引腳，分別是電源線VDD、地線GND和數(shù)據(jù)線DQ。

圖3-45DS18B20的封裝及引腳a）TO-92塑料封裝

b）SO-8貼片封裝

c）μSO-8小型貼片封裝DS18B20的主要特點(diǎn)（1）獨(dú)特的單線接口方式

DS18B20在與微處理器連接時(shí)，僅需要一根傳輸線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信，使用中無(wú)需外圍器件。（2）測(cè)溫范圍

-55～+125℃，固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。（3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能

最多允許8個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在三根線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。如果數(shù)量超過(guò)8個(gè)芯片，容易造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。（4）串行通信

測(cè)量結(jié)果可以設(shè)置為9~12位數(shù)字量方式串行傳送。（5）轉(zhuǎn)換時(shí)間

12位數(shù)字輸出時(shí)最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。（6）掉電保護(hù)功能

DS18B20內(nèi)部含有EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，仍可保存報(bào)警溫度的設(shè)定值。.圖3-46DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-47DS18B20的單端口多點(diǎn)測(cè)溫原理框圖單總線多點(diǎn)測(cè)溫的設(shè)計(jì)思想是：

當(dāng)主機(jī)需要對(duì)眾多在線的DS18B20中的某一個(gè)進(jìn)行測(cè)溫操作時(shí)，首先要發(fā)出匹配ROM的命令，緊接著主機(jī)把需要訪問(wèn)的64位序列號(hào)發(fā)送到總線上，只有具有此序列號(hào)的DS18B20才接受主機(jī)的命令，之后操作就僅針對(duì)該DS18B20。主機(jī)啟動(dòng)所有的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，然后，再通過(guò)“匹配ROM命令”，逐一讀取每個(gè)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)。三、DS18B20溫度IC的多端口多點(diǎn)測(cè)溫應(yīng)用圖3-48DS18B20的多端口多點(diǎn)測(cè)溫原理框圖多端口多點(diǎn)測(cè)溫方法的缺點(diǎn)是微處理器的I/O口占用較多，每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)需要一根連接線，當(dāng)連接的測(cè)試點(diǎn)較多、距離較遠(yuǎn)時(shí)，連接線的成本就較昂貴.四、SPI總線輸出型溫度IC用于K型熱電偶的溫度補(bǔ)償MAX6675是基于SPI總線、專(zhuān)門(mén)用于對(duì)工業(yè)中最常用的鎳鉻-鎳硅（K型）熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)男酒Ｋ苎a(bǔ)償因K型熱電偶冷端不為0℃時(shí)帶來(lái)的熱電動(dòng)勢(shì)損失。在0~125℃范圍內(nèi)，MAX6675將產(chǎn)生41.6μV/℃的補(bǔ)償電壓。

熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線A’、B’接到MAX6675芯片的T+、T-端，經(jīng)MAX6675內(nèi)部的加法電路，將K型熱電偶補(bǔ)償后的熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為代表溫度的數(shù)字信號(hào)，從SPI串行接口輸出到微處理器，必須與熱電偶冷端或補(bǔ)償導(dǎo)線A＇、B＇的末端處于相同的溫度t0中。

數(shù)字輸出型集成溫度傳感器

當(dāng)熱電偶冷端高于0℃時(shí)，輸出的電動(dòng)勢(shì)EAB（tx，0℃）將減小。為了彌補(bǔ)冷端引起的損失，必須將冷端在t0溫度時(shí)所損失的對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)EAB（t0，0℃）補(bǔ)償?shù)綗犭娕嫉妮敵鲋校箍偟臒犭妱?shì)增大，達(dá)到冷端為0℃時(shí)的EAB（tx，0℃），然后才能查熱電偶的分度表，從而得到正確的被測(cè)溫度tx。冷端補(bǔ)償?shù)墓綖镋AB(tx，0℃)=EAB(tx，t0)+EAB(t0，0℃)根據(jù)這一公式，許多廠商設(shè)計(jì)、制造了集成冷端補(bǔ)償芯片。1專(zhuān)用熱電偶冷端溫度補(bǔ)償芯片

MAX6675是基于SPI總線、專(zhuān)門(mén)用于對(duì)工業(yè)中最常用的鎳絡(luò)-鎳硅K型熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)男酒Ｋ軐⒀a(bǔ)償后的熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為