新型集成温度传感器

🏠 首页 《无线电》杂志 1997年 🔗 第7期 🔗 第35页 陈万春 🔗

在工农业生产中,经常需要对温度进行控制。在传统的温度传感器中有大家所熟悉的如热电偶、热敏电阻、温敏二极管和温敏晶体管等等。虽然各种传统的温度传感器各有特色,但它们的输出与温度关系的线性度大多都不太好,一般都需作硬件或软件非线性补偿,使用不太方便。

新型集成温度传感器采用温敏晶体管或已知温度系数的带隙基准源作为温敏器件,芯片内部采用差分对管等线性化技术及激光校准等手段,实现了温度传感器的线性化,并提高了传感器的精度,大大方便了用户的使用,如国内用户比较熟悉的AD590、AD592、LM35等型号。

与传统的温度传感器相比,新型集成温度传感器具有使用方便、线性度好、精度高、稳定性好、体积小、热惰性小、反应快、校准方便和价格低等特点,因而被广泛应用于温度测量、恒温控制和温度补偿等方面。

附表介绍了一些新型集成温度传感器和温度控制器的型号、生产厂家、精度、测温范围及特性等指标。

图1
图1 🔍原图 (1184×978)

TMP35/36/37具有可编程的电源关闭模式,特别适合电池供电设备应用。它可在2.7~5.5V电源电压下工作,工作电流仅为50μA,关闭模式下仅消耗0.5μA电流。三种器件模拟输出电压与摄氏温度成线性。TMP35/36/37相应的工作温度范围分别为:10~125°C、-40~125°C、5~100°C。另一类为集成温度开关或温度控制器。其中有些器件具有两个可方便设置的温度设置点;非常适合应用于闭环控制系统。有些器件只有一个温度设置点,为避免在设置点附近存在干扰时可能引起的输出振荡,一般器件内部设有一定数值的温度迟滞。

LM50可在4.5~10V的单电源下工作。静态电流为130μA,这样低功耗引起的芯片自热温升仅为0.2℃;LM60工作电源为2.7~10V,静态电流仅为110μA,芯片自热温升仅为0.1℃。

LM50输出电压与温度关系为:V=10t+500(mV)

LM60输出电压与温度关系为:V=6.25t+424(mV)

其中t为摄氏温度值。

对于一些精密仪器或高档设备,当环境或机箱温度超过设备允许最高温度范围时,若继续工作,将有可能导致设备的损坏,此时必须禁止设备工作。图1电路用LM60实现对温度的测量,电路中用电阻R1、R2和R3来设置高温门限电压Vt1和低温门限电压Vt2。若温度超过了高温门限,则输出为低电平,禁止设备工作。只有当温度降低至低温门限以下,输出才恢复为高电平允许设备工作。其中:

V\(_{t1}\)=\(\frac{4.1R2}{R2+R1R3/(R1+R3)}\)(V)

V\(_{t2}\)=\(\frac{4.1R2R3/(R2+R3)}{R2R3/(R2+R3)+R1}\)(V)

图2
图2 🔍原图 (581×404)

LM55/56/65/66低功耗温度控制器IC也具有高、低温设置点。LM55/65当温度达到高温设置点后输出为低电平,当温度降至低温设置点后输出为高电平。LM56/66有两个逻辑电平输出端,分别与各自的设置点相对应。图2为LM56在一微机机箱闭环温度控制系统中的应用。当温度上升超过预先设置的低温设置点后风扇开启。若温度超过预先设置的高温设置点时微机系统时钟频率被二分频以降低系统散热引起的温升。

图3
图3 🔍原图 (791×377)

TC623温度开关具有电阻可编程的高、低温设置点和一个控制锁存器。在高、低温设置点具有2℃的温度迟滞。控制输出随高温限制输出变高而变高,只有当低温限制输出为低后控制输出才变为低。调节TC622/623/624的温度门限的外部电阻大小为:

R=0.5997T\(^{2}\).1312(Ω)其中T为以K为单位的设置温度值。

UC3730是一个温度监视IC,内部具有一个温度传感器、一个精密基准,一个温度比较器和一个报警缓冲器。它有一个与管芯温度成正比的模拟电压输出,当温度超过设置点时会触发一延时报警输出;器件还具有另一报警输出,该报警输出可由外部RC网络延时触发。它的基准输出可提供高达250mA的输出电流。

以上简要介绍了集成温度传感器在温度控制中的应用。集成温度传感器另一重要应用为温度测量,通过微调校正电路可得到较高精度,(可达0.2℃)。从附表也可看到,集成温度传感器的温度范围一般为-55~+125℃,在此范围内集成温度传感器具有许多传统温度传感器不可比拟的优势,但在此温度范围之外,如工业中的高温控制、高精度温度基准等应用场合,传统的热电偶、铂电阻温度传感器等仍具有不可取代的优势。(陈万春)