2.7 溫度傳感器應用實例

2.7.1 雙金屬溫度傳感器的應用

1．雙金屬溫度傳感器室溫測量的應用

雙金屬溫度傳感器結構簡單，價格便宜，刻度清晰，使用方便，耐振動，常用于駕駛室、船艙、糧倉等室內溫度測量。如圖2-22所示為盤旋形雙金屬溫度計，它采用膨脹系數不同的兩種金屬片牢固黏合在一起組成的雙金屬片作為感溫元件，其一端固定，另一端為參考端。當溫度變化時，該雙金屬片由于兩種金屬膨脹系數不同而產生彎曲，參考端的位移通過傳動機構帶動指針指示出相應的溫度。

2．雙金屬溫度傳感器在電冰箱中的應用

電冰箱壓縮機溫度保護繼電器內部的感溫元件是一片碟形的雙金屬片，如圖2-23（a）、（b）所示。由圖2-23（c）、（d）可以看出在雙金屬片上固定著兩個動觸頭。正常時，這兩個動觸頭與固定的兩個靜觸頭組成兩個常閉觸點。在蝶形雙金屬片的下面還安放著一根電熱絲。該電熱絲與這兩個常閉觸點串聯連接。整個保護繼電器只有兩根引出線，在電路中，它與壓縮機電動機的主電路串聯。流過壓縮機電動機的電流必定流過它的常閉觸點和電熱絲。

壓縮機工作正常時，也有電流流過電熱絲，但因電流較小，電流絲發出的熱量不能使雙金屬片翻轉，所以常閉觸點維持閉合狀態，如圖2-23（c）所示。如果由于某種原因使壓縮機電動機中的電流過大時，這一大電流流過電熱絲后，使它很快發熱，放出的熱量使蝶形雙金屬片溫度迅速升高至其動作溫度，蝶形雙金屬片翻轉，帶動常閉觸點斷開，切斷壓縮機電動機的電源，保護全封閉式壓縮機不至于損壞，如圖2-23（d）所示。

2.7.2熱敏電阻溫度傳感器的應用

1．熱敏電阻在汽車水箱溫度測量中的應用

如圖2-24所示為汽車水箱水溫監測電路。其中Rt為負溫度系數熱敏電阻，用于溫度顯示的表頭為電磁式表示。由于汽車水箱水溫測量范圍小，要求精度不高，所以電路十分簡單。測量電路的連接為：

2．熱敏電阻在空調器控制電路中的應用

熱敏電阻在空調器中應用十分廣泛，這里列舉春蘭牌KFR-20 GW型冷熱雙向空調中熱敏電阻的應用，如圖2-25所示。

負溫度系數的熱敏電阻Rt1和Rt2分別是化霜傳感器和室溫傳感器。室內溫度變化會引起Rt2阻值的變化，從而使IC2第26腳的電位變化。當室內溫度在制冷狀態低于設定溫度或在制熱狀態高于設定溫度時，IC2第26腳電位的變化量達到能啟動單片機的中斷程序，使壓縮機停止工作。

在制熱運動時，除霜由單片機自動控制。化霜開始條件為-8℃，化霜結束條件為8℃。隨著室外溫度的下降，室外傳感器Rt1的阻值增大，IC2第25腳的電位隨之降低。當室外溫度降低到-8℃時，IC2的第25腳轉化為低電平。單片機感受到這一電平變化，便使60腳輸出低電平，繼電器KA4釋放，電磁四通換向閥線圈斷電，空調器轉化為制冷循環。同時，室內外風機停止運轉，以便不向室內送入冷氣。壓縮機排出的高溫氣態制冷劑進入室外熱交換器，使其表面凝結的霜溶化。化霜結束，室外熱交換器溫度升高到8℃, Rt1的阻值減小到使IC2第25腳變為高電平，單片機檢測到這一信號變化，則IC2的60腳重新輸出高電平，繼電器KA4通電吸合，電磁四通換向閥線圈通電，恢復制熱循環。

2.7.3 晶體管溫度傳感器的應用

1．熱敏二極管溫度傳感器應用舉例

半導體二極管正向電壓與溫度的關系如圖2-26所示。IN457為硅二極管，IN270為鍺二極管，利用這種特性可將溫度轉化成電壓，完成溫度傳感器的功能。

圖2-27是采用硅二極管溫度傳感器的測量電路，其輸出端電壓值隨溫度而變化。溫度每變化1℃，輸出電壓變化量為0.1V。

2．晶體三極管溫度傳感器應用舉例

NPN型熱敏晶體管在IC恒定時，基極-發射極間電壓Ube隨溫度變化曲線如圖2-28所示，利用這種關系，可把溫度變化轉換成電壓進行溫度測量。圖2-29為晶體管溫度傳感器的一種溫度測量電路，溫度每變化1℃，輸出電壓變化0.1V。

2.7.4 集成溫度傳感器應用舉例

1．AD590集成溫度傳感器應用電路

AD590是應用廣泛的一種集成溫度傳感器，由于它內部有放大電路，再配上相應的外電路，故可方便地構成各種應用電路。

圖2-30為一簡單測溫電路。AD590在25℃（298.2 K）時，理想輸出電流為298.2 μA，但實際上存在一定誤差，可以在外電路中進行修正。將AD590串聯一個可調電阻，在已知溫度下調整電阻值，使輸出電壓UR滿足1 mV/K的關系（如25℃時，UR應為298.2 mV）。調整好以后，固定可調電阻，即可由輸出UR讀出AD590所處的熱力學溫度。

集成溫度傳感器用于熱電偶參考端的補償電路如圖2-31所示，AD590應與熱電偶參考端處于同一溫度下。AD580是一個三端穩壓器，其輸出電壓U0=2.5 V。電路工作時調整電阻R2使得：

I1=t0×10-3

式中I1的單位為mA，這樣在電阻R1上產生一個隨參考端溫度t0變化的補償電壓U1=I1R1。

若熱電偶參考端溫度為t0，補償時應使U1與EAB（t0, 0℃）近似相等即可。不同分度號的熱電偶，R1的阻值亦不同。這種補償電路靈敏、準確、可靠且調整方便。

2．LM334集成溫度傳感器應用電路

LM334是三端電流輸出型溫度傳感器，其輸出電流對于環境溫度為線性變化。用外加電阻Rs在2 ×10 -6～5 ×10 -3A的范圍內自由調節初始設定的輸出電流Is。如果外加電阻為Rs（即圖2-32中的），則25℃時設定電流為Is=67.7 μA。

LM334工作電壓范圍較寬，為0.8～40 V，但工作電壓高時，自身發熱大，因此建議低電壓使用。采用LM334的溫度-頻率轉換電路如圖2-32所示。接在LM334的電阻Rs為基準電阻，所以必須選用溫度系數小的電阻。圖2-32中Rs為137 Ω, 25℃時，輸出電流為494 μA。

圖2-32中A1的同相輸入端電壓是對VD電壓進行分壓，在這點上引出LM334與溫度有關的電流，變為下拉電壓，約2 V，低于VD的陽極電位。

圖2-32中A1的反相輸入側的與RP1連接點電位比同相輸入端高。另外，接在A1反向輸入端的RP2與C1構成積分電路，使C1負向充電，結果A1的輸出電位隨時間增長逐漸降低。

電路中，VT1的基極接到A1輸出與恒定電位（VD陰極）的電阻分壓點，發射極為恒定電位，隨著A1輸出電位下降，當VT1的Ube降到-0.6 V左右，VT1和VT2導通，C1電荷通過其放電。隨著C1放電，A1輸出電位逐漸增高，VT1和VT2截止，C1又開始充電。

重復以上動作，A1輸出為鋸齒波，但若LM334的輸出電流因溫度而變化，A1的同相輸入端電壓也變化，它等于積分電路輸入電壓變化，因此鋸齒波的頻率也改變。變化率為1∶1，因此，可進行溫度-頻率轉換。

用VT3把A1輸出點鋸齒波變為TTL電平的方波時，由C2和R9對A1輸出的鋸齒波的上升沿進行微分，由微分脈沖使VT3通斷而變為方波。

調整時，首先使LM334位于0℃，調整電位器RP1，使A1輸出端為0 Hz，即不振蕩；再使LM334位于100℃處，調整電位器RP2，使A1輸出為1 kHz。反復調整多次，使兩點都合乎要求，即調整完畢。此電路的分辨率為0.1℃。

2.7.5 家用空調專用溫度傳感器

家用空調專用溫度傳感器產品型號為KC和KH系列。

目前，較先進的室內空調器大都采用由傳感器檢測并用微機進行控制的模式。空調器的控制系統中，室內部分安裝熱敏電阻和氣體傳感器；室外部分安裝熱敏電阻。室內空調器通過負溫度系數熱敏電阻和單片機，可快速完成室內外的溫差、冷房控制及冬季熱泵除霜控制等功能。室內的SnO2氣體傳感器用于測量室內、室外的污染程度，當室內空氣達到標準的污染程度時，通過空調器的轉換裝置可自動進行換氣。

2.7.6 冰箱、冰柜專用溫度傳感器

冰箱、冰柜專用溫度傳感器產品型號有KC系列。

冰箱、冰柜熱敏電阻式溫控電路如圖2-33所示。當電冰箱接通電源時，由R4和R5經過分壓后給A1的同相端輸出一個固定基準電壓，由溫度調節電路RP端輸出一個設定溫度電壓給A2的同相輸入端，這樣就由A1組成開機檢測電路，由A2組成關機檢測電路。當冰箱內的溫度高于設定溫度時，由于傳感器RT和R3的分壓大于A1的同相輸入端和A2反相端輸入端電壓，A1輸出低電平，而A2輸出高電平。由IC2組成的Rs觸發器的輸出端輸出高電平，使VT導通，繼電器工作，其常開觸點閉合，接通壓縮機電動機電路，壓縮機開始制冷。

當壓縮機開始工作一定時間后，冰箱內溫度下降，到達設定溫度時，溫度傳感器阻值增大，使A1的反相輸入端和A2的同相輸入端電位下降，A1的輸出端變為高電平，而A2的輸出端變為低電平，Rs觸發器的工作狀態翻轉，其輸出為低電平，從而使VT截止，繼電器K停止工作，觸點K-1被釋放，壓縮機停止運轉。

若電冰箱停止制冷一段時間后，冰箱內溫度慢慢升高，此時開機檢測電路A1、關機檢測電路A2及Rs觸發器又翻轉一次，使壓縮機重新開始制冷。這樣周而復始地工作，達到控制電冰箱內溫度的目的。

2.7.7 熱水器專用溫度傳感器

熱水器專用溫度傳感器產品型號有KC、KG系列。

熱水器溫控電路結構與冰箱、冰柜溫控電路結構類似，只不過熱水器溫控電路用于高溫，且要配置觸電保護電路和防干燒電路。用于熱水器溫控電路的KC、KG系列熱敏電阻傳感器產品具有耐溫性強、耐濕防潮性好、可靠性好、速度反應快等特點，可在高溫多濕、冷熱變化劇烈的環境下長期使用。

2.7.8 汽車發動機控制系統專用溫度傳感器

汽車發動機控制系統專用溫度傳感器產品型號有KC系列。

為了提高發動機的燃燒效率，必須使用溫度傳感器，以分別連續地高精度地測定進氣溫度和用于優化排氣凈化效率的排氣溫度。KC系列汽車發動機控制系統專用溫度傳感器具有精度高、抗震性強、耐溫防潮性強、熱沖擊下具有高穩定性和可靠性等特點。