在工业生产中，需要测量的温度范围极宽，从零下百度到零上千度，无法用一般温度计直接测量，而是使用由各种不同材料、不同测量原理做成的温度传感器。工业上常用的温度传感器及其测温范围如表1所示。
除工农业生产外，还有很多电子设备需要进行温度测量和控制，如计算机及其外设、办公室电子设备、通信设备、家用电器、仪器仪表、电源系统、火灾报警系统、通风空调系统以及环境控制系统等。由于它们的测温范围一般不超过150℃，目前主要采用半导体温度传感器及控制器。
近年来发展最快的是半导体温度传感器，所需外围元件很少，有一些温度传感器或控制器无需外围元件，所以测温电路十分简单可靠；这类温度传感器在生产时已经过校准，可省去标定工序；它有多种输出，如电流型、电压型、PWM型（输出脉冲的占空比正比于温度）、数字型（二进制数字信号或频率信号）等，可供用户选择。数字信号输出更适合远距离传输，以实现遥测及遥控，并可直接与微处理器μP接口，无需ADC，同时也更容易做成多功能的温度测控系统。
本文仅介绍最简单的半导体温度传感器——二极管测温传感器。一则爱好者都有，可以用它来实验；二则如果有兴趣还可以自制一个温度计，可以更好地了解温度测量电路。
硅二极管温度传感器
这里介绍一种硅二极管温度传感器MTS102。它是利用三极管将B、C短接后形成二极管，外形与管脚排列与大家熟知的9013完全相同，如图1所示。它的极限参数如表2所示，工作参数如表3所示。
大家知道，三极管的V\(_{BE}\)大小与I\(_{C}\)有关，如图2所示（IC越大则V\(_{BE}\)越大）。在实际应用时，为防止I\(_{C}\)过大造成热效应而影响精度，一般I\(_{C}\)应在1mA以下，建议采用0.1mA较为合适。在电源电压确定后，接入一个电阻R可以设定。例如V\(_{C}\)=12V，I\(_{C}\)=0.1mA（如图3所示），则R为 R=（VC-0.6）/IC=（12-0.6）/0.1=114（kΩ）
R可取110kΩ。若V\(_{C}\)=9V时，R可取82kΩ。从图3的电压表上测出的即为V\(_{BE}\)或V\(_{F}\)。
硅温度传感器有一定的离散性，如图4所示。图中3条线表示分成3组后的典型特性曲线。这一点你也可以用图3的方法在VC、R不变的条件下测量几个硅二极管（或用硅三极管接成的二极管）的V\(_{BE}\)（或V\(_{F}\)）值，你将会发现各个管子的V\(_{BE}\)（或V\(_{F}\)）都不相同。
由图4可见：温度上升，则V\(_{BE}\)下降，其温度系数约为-2.5mV/℃；另外，它的线性度相当好，基本上是一条直线。
温度计电路设计
温度传感器能将温度变化转换成电压变化，但如何利用它指示温度呢？大家再看图4的中间那条线，0℃时的V\(_{BE}\)=626.5mV，100℃时为400mV，其温度系数为-2.265mV/℃。若在某温度时，用图3的电路测得V\(_{BE}\)=500mV，即可以用下式计算出温度来，设V\(_{BE}\)为500mV时的温度为X，则
[VBE（100）-VBE（X）]/（100℃-X℃）=-2.265mV/℃
计算得X=55.85℃。这种电路虽然十分简单，但还需要进行计算（或作出表格来查），很不方便。那么能不能设计一个可以直接显示温度的电路呢？可以，见图5。
图5是一种0～100℃的测温电路，采用312，位数字万用表0～2V挡作显示，或采用0～1V指针式直流电压表来指示。采用二极管（如1N4148或9013）作测温二极管，在0～100℃范围内其精度可达±2℃。
电路分为3个部分，分别介绍如下：
1. 测量电路（电桥电路I）
温度传感器在0℃时输出电压并不等于零，所以要用一个电桥电路，使在0℃时输出V\(_{0}\)1=0。若采用12V的稳压电源供电，在R1=110kΩ时，I\(_{C}\)（或I\(_{F}\)）约为0.1mA。可以调整RP1，使在0℃时V\(_{0}\)1=0。
2. 电压跟随电路（电路Ⅱ）
二极管的输出电压接到电压跟随电路（输入阻抗高、输出阻抗低的单位增益同相放大器，用作缓冲隔离级）。它不改变二极管的输出电压。图5采用1/4 LM324四运放组成电压跟随电路。
3. 差动放大电路（电路Ⅲ）
它由1/4 LM324四运放组成差动放大器。其反相端输入二极管的输出电压；同相端输入RP1的固定电压。在0℃时，V\(_{0}\)1=0，所以放大器A2输出也为零；当温度上升时，二极管的V\(_{BE}\)（或V\(_{F}\)）下降，输入反相端的电压在减小，同相端的电压不变，V\(_{0}\)1≠0，此电压经放大器放大后输出为V\(_{O}\)，要求温度在100℃时，V\(_{O}\)为1.00V。
温度从0℃变到100℃时，输出电压变化为-226.5mV，经放大器放大后成为1000mV。则要求放大倍数为1000mV/-226.5mV=-4.415倍，放大器的增益（放大倍数）为A=-Rf/R3现R\(_{f}\)为200kΩ电位器，R3为20kΩ电阻，最大增益为10，调节Rf，可满足在100℃时的V\(_{O}\)电压经A2放大后输出1.00V。
这1.00V由数字式万用表0～2V挡直流电压表显示，或用0～1V指针式直流电压表来指示也可。
电路调整
这个电路是通用的，可以采用任何硅三极管接成的二极管或者任何型号的硅二极管。不用测它的温度系数。只要电路焊接正确，用简单的办法即可调整电路。
在调整前需要将温度传感器从A、B端（见图5）引出一条1～2m的导线，并将传感器的外部涂上环氧树脂，如图6所示。
1. 0℃调整
在保温杯中放入冰渣与水的共溶体。开始时全部采用冰渣，它逐步溶化为水后形成冰、水共溶体，其温度为0℃，见图7。
接通电源，将传感器放入保温杯中，等10分钟后传感器的温度为0℃时，调RP1，使V\(_{O}\)=0V。RP1称为调零电位器。
2. 100℃调整
在海平面、一个大气压下沸水的温度为100℃，见图8。在沿海一带的沸水十分接近100℃，但在高原地区，沸点温度却低于100℃（即未到100℃时水就沸了）。为此，应先了解当地的沸点温度是多少摄氏度。
用一小锅烧大半锅沸水，将温度传感器放入沸水中，电路上电，等5～10分钟后，调R\(_{f}\)，使输出电压V\(_{O}\)=1.000V。
然后，再在0℃时检查一下输出是否是0V，必要时，微调一下RP1；最后再在100℃中，再测一下是否是1.000V。经过2、3次反复调试，可获得0℃时输出为0V；100℃时输出为1.0V。如果当地是95℃水就沸了，则调R\(_{f}\)，使V\(_{O}\)输出为0.95V即可。
如果你有条件及兴趣，不妨也做一个0～100℃的温度计试试。
思考题：
1. 在用图5的电路做温度计时，为什么不要求测温度传感器的温度系数或温度特性曲线？为什么不同温度系数的各种二极管都能使用？
2. 在上述调试工作完成之后，能否更换一个温度传感器（如原来用二极管，想换一个B、E短接的硅三极管）。更换后是否还需要再调试一次？（答案在本期找。）
（时尚）