热敏电阻温度测量电路

热敏电阻温度测量电路

下图是温度在0~50℃范围的测量电路。当温度为0℃时输出电压是0V ，温度为50℃时是5V 。他可以与电压表链接来测量温度，也可以连接AD 转换器变换为数字量，利用计算机之类进行测量。

1、工作原理

该电路由检测温度的热敏电阻和1个运算放大器电路，以及将0~50℃的温度信息变换为0~5V 电压的2个运算放大器电路构成。

热敏电阻检测温度时，利用热敏电阻TH R 与电阻3R 分压后的电压作为检测电压进行处理，在这里是利用运算放大器1OP 的电压跟随器电路提取的。输出电压的极性为正，随着温度的上升，热敏电阻的电阻值降低，所以输出电压也下降。 检出的信号加在1OP 和电阻~4R 7R 构成的差动放大电路的正输入端上，而加在负输入端上的是由8R 、9R 、1VR 对5V 分压后的电压，这部分是电压调整电路，可以在温度为0℃时将1OP 的输出电压调整为0V ，这样就可以输出与温度上升成比例的负电压。

2OP 的输出加在由3OP 构成的反转放大电路上被放大，放大倍数为—10211/)(R VR R +倍。调整2VR 可以使温度达50℃时3OP 的输出电压为+5V 。 通过调整1VR 和2VR ，可以在0℃时得到0V 的输出电压，50℃时得到5V 的输出电压，使输出电压与温度成比例。

2、设计

（1）温度测量范围以及输出电压、电源电压的确定：设定温度测量范围为0~50℃，这时的输出电压是0~5V 。电路使用的电源为±15V ，基准电压为5V 。

（2）热敏电阻和运算放大器的选定：这里使用NTC 型热敏电阻，选用25℃的电阻值为10K Ω，误差在±1%以内的NTH4G39A 103F02型，这种热敏电阻的常数为B=3900。

(3)补偿电阻3R 的确定：电阻3R 的作用是当热敏电阻的温度变化时，将相对应的输出电压的变化线性化。设线性化的温度范围是0~50℃，，那么补偿电阻3

R

可由下式求得：

Ω=-+-+=k R R R R R R R R R X

X 566.722)(1010103 （4）电阻1R 、2R 、电容器1C 的确定：这是给热敏电阻提供电压的分压电阻，这个电压是通过电阻1R 和2R 将5V 电压分压而得到的。

在设定热敏电阻电路的分压时，要考虑如何避免自加热的影响，根据耗散常数（mW/℃）来判断，这里的电路电压应为0.5V 。

设定时要使2R 的值比3R R TH +的值小很多，这里取为68Ω。然后决定电阻1R 的值，使得能够获得合适的热敏电阻电路的电压：

热敏电阻电路=)/(212R R R +×电源电压

因此1R 可以由下式计算出：

1R =11×6R =620Ω

电容器1C 的作用是除去电源电路的噪声，这里选用容量0.1F μ，耐压35V 的陶瓷电容器。

（5）电阻74~R R 的确定：这些电阻的作用是使运算放大器2OP 作为差动放大器工作，这里设定差动放大器的增益为1倍，所以各阻值都相同，均取10k Ω。

（6）电阻8R 、9R 、1VR 的确定：它们的作用是当温度为0℃时所提供的电压能够使2OP 的输出电压为0V ，当0℃时，1OP 的输出电压是0.403V 。利用1VR 为100Ω.

8R 和9R 可以通过求解下面联立方程式计算出：

6.052.059

18199

189=⨯+++=⨯++R VR R VR R R VR R R （7）电阻10R 、11R 、2VR 的确定：这些电阻与运算放大器3OP 一起构成反转放大电路，这部分的作用是将50℃时2OP 的输出电压放大到5V 。

根据热敏电阻的特性，50℃时2OP 的输出电压约为—2.4V ，将它放大很多，这里取10R =10k Ω。

另外，在确定电阻值时应该确保能够将—2.2 ~ —2.6V 的输出电压放大到+5V ，就是说能够获得—2.3 ~ —1.9倍的增益。所以11R 和2VR 应该满足下面的方程式：

9.13.2101110

211==+R R R VR R

这里取11R =18k Ω、2VR =5k Ω。

（8）电源电路旁路电容62~C C 的确定：电容器62~C C 的作用是除去电源电路的噪声以及布线上产生的电感的影响，这里选用容量0.1F μ，耐压35V 的陶瓷电容器。

（9）1VR 、2VR 的调整：首先调整可变电阻使211VR R +的值为最大，然后再在温度为0℃时，调整2VR 使3OP 的输出电压为0V ，最后在温度为50℃时，调整2VR 使3OP 的输出电压为+5V 。

（10）这样调整的结果就可以得到与温度成正比例的输出。

3、原理图