使用二極管進行測溫的原理
發布時間:2012-11-02 責任編輯:rexliu
【導讀】溫度是表示物體或環境冷熱程度的一種物理量,而溫度傳感器是一種能將溫度變化轉換成電量變化的元器件。本文主要介紹二極管應用於溫度傳感器中的原理。
溫(wen)度(du)是(shi)表(biao)示(shi)物(wu)體(ti)或(huo)環(huan)境(jing)冷(leng)熱(re)程(cheng)度(du)的(de)一(yi)種(zhong)物(wu)理(li)量(liang),而(er)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)能(neng)將(jiang)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)量(liang)變(bian)化(hua)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)二(er)極(ji)管(guan)應(ying)用(yong)於(yu)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)的(de)原(yuan)理(li)。
二極管具有單向導通特性,一般用作整流、控製電流流向等,但二極管也可用作溫度傳感器,可以先在麵包板上搭一個簡單電路,用1V擋(指針式)或2V檔(數字式)dianyabiaoceerjiguandezhengxiangjiangya。zaiyongdianrandehuochaihuodahuojikaojinerjiguanyixia,nihuifaxianerjiguandeguanyajiangkuaisuxiajiang,huoyuanlikaihouyouzhujianhuifudaoyuanlaideshuzhi;若再用一小塊冰(用布包著)或一小塊冰凍的食物放在二極管上,你會發現管壓降會增加,冰塊拿走後,管壓降漸恢複到原來的數值。
實驗時要注意:火柴或打火機的火焰不能直接燒二極管(隻能靠近),否則火焰的溫度太高會把二極管燒壞!另外,冰塊要挨上二極管的玻璃外殼,但不要將二極管兩個引腳同時都碰上(避免水將兩引腳“短接”)。
這簡單的實驗告訴我們:二極管對溫度十分敏感,溫度的變化將改變它的管壓降。溫度上升時管壓降減小;溫度下降時管壓降增加。
下麵我們進一步來做一個溫度與管壓降之間的定量關係實驗。
我們已知在海平麵一個大氣壓的條件下,水的沸騰溫度為100℃;在冰與水共溶的條件下其溫度為0℃。在沿海一帶或海拔不高的地區可以認為沸騰的水是100℃(誤差不大)。
上述100℃及0℃兩個溫度值作為標準溫度來標定溫度與管壓降之間的定量關係,即確定二極管的測溫靈敏度。用軟導線將二極管( 1N4148)焊好,放入塑料袋內(要求不漏水),然後放入沸騰的水中,5分鍾後測二極管管壓降VF(100℃)(要注意:塑料袋小的為好,並且盡可能減少袋中的空氣),並將VF(100℃)的值記下。將帶二極管的塑料袋放入冰與水共溶體(碎冰要占大部分容積),5分鍾後測其管壓降 VF(0℃)的值,並記下。
按下式可求出二極管的平均測溫靈敏度:
平均靈敏度=[VF(100℃)-VF(0℃)]/100℃
二極管(1N4148)的平均靈敏度約為-2mV/℃。由於它的線性度相當好,所以平均靈敏度可看作二極管的測溫靈敏度。即溫度每上升1℃時,管壓降下降了2mV左右(所以加一個負號)。
二極管雖然可以檢測溫度並輸出相應的電壓,但要作為一個溫度計還需要測量電路、放大電路及指示表頭。
測溫專用二極管MTS-102
MTS-102是摩托羅拉公司生產的一種溫度傳感器。它是一種專用於測溫的矽NPN三極管,將c、e短接形成一個二極管,其管壓降(Vbe)受環境溫度變化而變化,其靈敏度約為-2.3mV/℃。它與一般二極管不同之處是,靈敏度的一致性好,即每一個MTS-102的靈敏度相差較小,其精確值為-2.265 mV/℃,而不同的1N4148其靈敏度差別較大;線性度好(在0~100℃溫度範圍內最大非線性誤差±2℃);工作電流在0.1mA時,25℃時的 Vbe為595 mV。
MTS-102的外形與一般塑封三極管(TO-G2)封裝一樣,其管腳排列與9013相同。使用時要將c與b短接。如果沒有MTS-102,可用9013代替,用法完全相同。
可以用MTS-102代替1N4148來作一個新的電子溫度計,應該說用MTS-102作的溫度計性能要好一些。
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