温度检测装置
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BE1 T
i
C2
= iE2
V BE 2 = I ES 2 ( e V T − 1)
∴
V
BE1
=
V
T
ln
V
BE2
=
V
T
ln
i I i I
C1 ES 1
(10) (11) (12）
C2 ES 2
由于VT1与VT2为对管，所以 IES1 = IES2 ,因而由式（11） 和式（12）得： i i V = V − V = − V ln +V ln I I = −V ln i I = −V ln i (13) i I i
第三章 比例运算电路
第一章 温度传感器
1.1 温度传感器类型
温度是与人类的生活，工作关系密切的物理量， 也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精 确测量的物理量。从工业炉温，环境气温到人体温 度；从空间，海洋到家用电器，各个技术领域都离 不开测温和控温。因此，测温，控温技术是发展最 快，范围最广的技术之一。 温度传感器有各种类型，根据使用方法不同， 基本上分为接触式和非接触式两大类。其中包括热 电阻，热敏电阻，热电偶，集成温度传感器等等。
充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电 电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完 全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放 电所需要的时间越长。这种电容两端电压不能突变的特性， 正好可以用来承担滤波的任务。 图3是最简单的也是本装置所采用的电容滤波电路，电 容器与负载电阻并联。
1.4 无温漂对数线性化补偿电路
图2 无温漂对数线性化补偿电路 无温漂对数线性化补偿电路如图2所示。图中，IC1与 IC2组成的电路与图1原理相同。由IC3与VT2等元件组成的 是温度补偿电路，用以补偿VT1（与图1的二极管VD1作用相 同）的发射极饱和电流 I ES1 随温度的变化。为达到充分补 偿的目的，VT1,VT2应选择对管。Vc为外加参考电压。对于 二极管接法VT1,VT2的分别有： V (9) iC1 = iE1 = I ES1(e V −1)
Z C
第二章 滤波电路
由于热敏电阻相当敏感，所以即使微小的温度变化便会 引起电流的跳变，因此为了保证电路的稳定性，不受微小因 素的干扰，要在电路中加上滤波电路，把脉动直流变成波形 平滑的直流。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。 为使本装置结构简单，易于设计，就采用无源滤波。
2.1 电感滤波
1.2.2 电流—电压特性
当通入的电流小，几乎不使元件本身发热时，电阻值 是一定值。当电流增加，NTC热敏电阻产生的焦耳热使元 件本身的温度上升，并与环境进行热交换。此电流-电压特 性的典型应用为液位感测器，其基本原理是利用NTC热敏 电阻在液体和空气中的热散失差异；如前所述，NTC热敏 电阻通以电流后产生焦耳热而升温，其热量传导至周围介 质，平衡温度将随介质种类而不同。利用此现象可检知 NTC热敏电阻在液体中或空气中，以适时启动警示灯。
第三章 比例运算电路
因为A/D转换器的模拟量输入端的电压必须在0—5V 之间，所以要再经过比例运算电路才能与A/D转换器相 连。
上图为同相比例运算电路，输入u0与输出u1的关系为：
R2 u 1 = (1 + )u 0 R1
谢谢大家
温度检测装置
S1007100 朱琳
第一章 温度传感器
1.1 温度传感器的类型 1.2 热敏电阻
1.2.1 电阻—温度特性 1.2.2 电流—电压特性 1.2.3 电流—时间特性 1.2.4 非线性特性
1.3 对数线性化补偿电路 1.4 无温漂对数线性化补偿电路
第二章 滤波电路
2.1 电感滤波 2.2 电容滤波
C1 C2 B2 BE2 BE1 T T ES1 ES2
C1 ES 2 C1 T T C2 ES 1 C2
由于 iC1 = V s R1
≈ V C (V C >>V B2) R2 R2 iC1 ≈ − ln V S R 2 VB2 = − VT ln VT iC 2 V C R1 = VC iC2 −V B2
1.2 热敏电阻
热敏电阻是一种高温度系数的电阻体。热敏电阻是开发 早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体 陶瓷材料组成、利用的原理是温度引起电阻变化．依其电阻 值随温度变化的情形，主要可将其分为负温度系数(NTC)热 敏电阻及正温度系数(PTC)热敏电阻两种。
1.2.1 电阻—温度特性
其中，Id —二极管正向电流； Is —二极管反向饱和电流； T ≈ VT —温度电压当量 V T 11600 Vs Id = R1 V Vs 将（6）式代入（5）式得： = Is eV R1
Vs Vs ∴V D =V T ln =V T ln −V T ln Is R1Is R1
（6）
D T
（7）
1.2.4 非线性特性
热敏电阻由于物理结构所造成的，所以非线性较 大，因此在使用时要进行线性化处理。线性化处理虽 然能够改善热敏电阻的特性曲线，但是比较复杂。为 此，在要求不高的一般应用中，常做出在一定的温度 范围内温度与阻值成线性关系的假定，以简化计算。
1.3 对数线性化补偿电路
图1 对数线性化补偿电路 对数线性化补偿简化原理图如图1所示。图中，运算放大器IC1 用于将Rt转换成电压Vs。反向输入端Vz与Vs的关系为：
1.2.3 电流—时间特性
NTC热敏电阻的另一个重要参数是时间，亦即使NTC 热敏电阻从某一电阻值改变到另一电阻值所需的时间。当
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开始加电压于NTC热敏电阻时是定电阻、定电流的状态， 而在自热区域则电阻下降、电流增加。而其改变速率则和 加于NTC热敏电阻上的功率和元件本身的形状/结构及环境 状况等因素有关。此一电流-时间特性可用于抑制突波电流， 又不至于对电路的总电流造成太大的影响。因此被广泛应 用于OA机器的交换式电源供应器中，以抑制电源开启时， 引发的突波电流，如此可以防止熔丝的熔断与保护电子线 路及其他电子元件，以提高OA机器的可靠度.
1 1 Rt = R0 × exp B( − ) T T0
（2）
从式（2）知，在实际测温时，特别是在较大的温度范 围内，必须进行线性化处理。 PTC（正温度系数）的电阻值可以随温度的上升而增 大由于其温度系数非常大，主要用在消磁电路，加热器， 电路保护、电机启动、暖风机，风速测量，温度控制与补 偿。
将式（4）及VT = 负电压则有：
T 代入式（7）并设定Is恒定不变，为 11600
T = −V D = − V 0 11600 = −(β + α T )
(ln
AV
Z
RiR 1 Is
+
B ) T
（8）
式（8)表明Vo与T之间呈线性关系，这正是所希望的。但是由 于Is随温度的变化会有较大的变化，该电路还需克服Is的实 际温漂才能达到实用。
Rt Vs = − Vz Ri B AVz T Vs = − Ri e
(3) (4)
将(1)式代入(3)式有
其中，Vz为参考电压，式（4）表明Vs与T之间为非线性 指数函数的关系。图1中运算放大器IC2与二极管VD1组成了自 然对数放大器，其输出Vo与输入Vs，Id之间的关系为： VD VD (5) Id = Is(e VT − 1) ≈ Is e VT
（18）
R3 T α = 1+ ) • （ ; R4 11600
R3 1 V Z AR 2 ; β = (1 + )• • ln R4 11600 RiR1V C
T为绝对温度。 将T=t+273℃代入式（18)有：
R3 B R 3 t + 273 V Z AR 2 V 0 = (1 + R 4 ) 11600 + (1 + R 4 ) • 11600 ln RiR1 = m + kt VC
NTC（负温度系数）的电阻值可以随温度的上升而下降， 由于其温度系数非常大，所以可以检知微小的温度变化，因 此被广泛应用在温度的量测、电路软启动，控制与补偿。常 规的热敏电阻温度传感器都是由NTC热敏电阻制成。 NTC热敏电阻的输入（温度）与输出（电阻）之间的一 条指数曲线，其特征方程为： Rt = A× exp( B / T ) （1） 其中，Rt-热敏电阻在绝缘温度T时的电阻值； A，B-由材料和工艺决定的常数。 当已知在T0时的电阻值为R0可将(1)式改写为 ，
电感滤波电路是利用电感对交流阻抗大而对直流阻抗小 的特点，用带铁芯的线圈做成滤波器。适用于负载电流较大 的场合，因此本装置采用电感滤波电路。这里也就不详细介 绍电感滤波了。
2.2 电容滤波
电容器是一个存储电容的仓库。在电路中，当有电压加 到电容器两端时，便对电容器充电，把电能存储到电容器中； 当外加电压失去或降低后，电容器将把储存的电能再放出来。
（14) (15) (16) (17)
V 0 = − (1 +
R2 R3 ) • V T • ln V S R4 V C R1
将（4）式及V T =
T 代入式（17)有： 11600
V 0 = (1 +
其中
AR 2 R3 T B )• • ( + ln V Z ) = ( β + αT） R 4 11600 T RiR1V C
（19）
其中
R3 1 V Z AR2 ); m = (1 + ) ( B + 273ln R 4 11600 RiR1V C R3 1 V Z AR2 . k = (1 + ) ln R 4 11600 RiR1V C
可见式（19）中m,k仅与电路参数有关，当电路参数 固定时，m,k均为与温度t无关的常数。当A发生变化时， 我们可以通过调整R2与R1的比值，使比值不变。当B发生 R3 (1 + ) B不变。 变化时，通过调整R3与R4的比值，使m中的 R4 V 来保持k不变。 由于调整R3与R4的比值，此时需再调整 Ri V 从而保证仅通过调整电路中几个线性无源元件的参数，就 能适应热敏电阻的特性参数的离散性。
i
C2
= iE2
V BE 2 = I ES 2 ( e V T − 1)
∴
V
BE1
=
V
T
ln
V
BE2
=
V
T
ln
i I i I
C1 ES 1
(10) (11) (12）
C2 ES 2
由于VT1与VT2为对管，所以 IES1 = IES2 ,因而由式（11） 和式（12）得： i i V = V − V = − V ln +V ln I I = −V ln i I = −V ln i (13) i I i
第三章 比例运算电路
第一章 温度传感器
1.1 温度传感器类型
温度是与人类的生活，工作关系密切的物理量， 也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精 确测量的物理量。从工业炉温，环境气温到人体温 度；从空间，海洋到家用电器，各个技术领域都离 不开测温和控温。因此，测温，控温技术是发展最 快，范围最广的技术之一。 温度传感器有各种类型，根据使用方法不同， 基本上分为接触式和非接触式两大类。其中包括热 电阻，热敏电阻，热电偶，集成温度传感器等等。
充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电 电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完 全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放 电所需要的时间越长。这种电容两端电压不能突变的特性， 正好可以用来承担滤波的任务。 图3是最简单的也是本装置所采用的电容滤波电路，电 容器与负载电阻并联。
1.4 无温漂对数线性化补偿电路
图2 无温漂对数线性化补偿电路 无温漂对数线性化补偿电路如图2所示。图中，IC1与 IC2组成的电路与图1原理相同。由IC3与VT2等元件组成的 是温度补偿电路，用以补偿VT1（与图1的二极管VD1作用相 同）的发射极饱和电流 I ES1 随温度的变化。为达到充分补 偿的目的，VT1,VT2应选择对管。Vc为外加参考电压。对于 二极管接法VT1,VT2的分别有： V (9) iC1 = iE1 = I ES1(e V −1)
Z C
第二章 滤波电路
由于热敏电阻相当敏感，所以即使微小的温度变化便会 引起电流的跳变，因此为了保证电路的稳定性，不受微小因 素的干扰，要在电路中加上滤波电路，把脉动直流变成波形 平滑的直流。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。 为使本装置结构简单，易于设计，就采用无源滤波。
2.1 电感滤波
1.2.2 电流—电压特性
当通入的电流小，几乎不使元件本身发热时，电阻值 是一定值。当电流增加，NTC热敏电阻产生的焦耳热使元 件本身的温度上升，并与环境进行热交换。此电流-电压特 性的典型应用为液位感测器，其基本原理是利用NTC热敏 电阻在液体和空气中的热散失差异；如前所述，NTC热敏 电阻通以电流后产生焦耳热而升温，其热量传导至周围介 质，平衡温度将随介质种类而不同。利用此现象可检知 NTC热敏电阻在液体中或空气中，以适时启动警示灯。
第三章 比例运算电路
因为A/D转换器的模拟量输入端的电压必须在0—5V 之间，所以要再经过比例运算电路才能与A/D转换器相 连。
上图为同相比例运算电路，输入u0与输出u1的关系为：
R2 u 1 = (1 + )u 0 R1
谢谢大家
温度检测装置
S1007100 朱琳
第一章 温度传感器
1.1 温度传感器的类型 1.2 热敏电阻
1.2.1 电阻—温度特性 1.2.2 电流—电压特性 1.2.3 电流—时间特性 1.2.4 非线性特性
1.3 对数线性化补偿电路 1.4 无温漂对数线性化补偿电路
第二章 滤波电路
2.1 电感滤波 2.2 电容滤波
C1 C2 B2 BE2 BE1 T T ES1 ES2
C1 ES 2 C1 T T C2 ES 1 C2
由于 iC1 = V s R1
≈ V C (V C >>V B2) R2 R2 iC1 ≈ − ln V S R 2 VB2 = − VT ln VT iC 2 V C R1 = VC iC2 −V B2
1.2 热敏电阻
热敏电阻是一种高温度系数的电阻体。热敏电阻是开发 早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体 陶瓷材料组成、利用的原理是温度引起电阻变化．依其电阻 值随温度变化的情形，主要可将其分为负温度系数(NTC)热 敏电阻及正温度系数(PTC)热敏电阻两种。
1.2.1 电阻—温度特性
其中，Id —二极管正向电流； Is —二极管反向饱和电流； T ≈ VT —温度电压当量 V T 11600 Vs Id = R1 V Vs 将（6）式代入（5）式得： = Is eV R1
Vs Vs ∴V D =V T ln =V T ln −V T ln Is R1Is R1
（6）
D T
（7）
1.2.4 非线性特性
热敏电阻由于物理结构所造成的，所以非线性较 大，因此在使用时要进行线性化处理。线性化处理虽 然能够改善热敏电阻的特性曲线，但是比较复杂。为 此，在要求不高的一般应用中，常做出在一定的温度 范围内温度与阻值成线性关系的假定，以简化计算。
1.3 对数线性化补偿电路
图1 对数线性化补偿电路 对数线性化补偿简化原理图如图1所示。图中，运算放大器IC1 用于将Rt转换成电压Vs。反向输入端Vz与Vs的关系为：
1.2.3 电流—时间特性
NTC热敏电阻的另一个重要参数是时间，亦即使NTC 热敏电阻从某一电阻值改变到另一电阻值所需的时间。当
wk.baidu.com
开始加电压于NTC热敏电阻时是定电阻、定电流的状态， 而在自热区域则电阻下降、电流增加。而其改变速率则和 加于NTC热敏电阻上的功率和元件本身的形状/结构及环境 状况等因素有关。此一电流-时间特性可用于抑制突波电流， 又不至于对电路的总电流造成太大的影响。因此被广泛应 用于OA机器的交换式电源供应器中，以抑制电源开启时， 引发的突波电流，如此可以防止熔丝的熔断与保护电子线 路及其他电子元件，以提高OA机器的可靠度.
1 1 Rt = R0 × exp B( − ) T T0
（2）
从式（2）知，在实际测温时，特别是在较大的温度范 围内，必须进行线性化处理。 PTC（正温度系数）的电阻值可以随温度的上升而增 大由于其温度系数非常大，主要用在消磁电路，加热器， 电路保护、电机启动、暖风机，风速测量，温度控制与补 偿。
将式（4）及VT = 负电压则有：
T 代入式（7）并设定Is恒定不变，为 11600
T = −V D = − V 0 11600 = −(β + α T )
(ln
AV
Z
RiR 1 Is
+
B ) T
（8）
式（8)表明Vo与T之间呈线性关系，这正是所希望的。但是由 于Is随温度的变化会有较大的变化，该电路还需克服Is的实 际温漂才能达到实用。
Rt Vs = − Vz Ri B AVz T Vs = − Ri e
(3) (4)
将(1)式代入(3)式有
其中，Vz为参考电压，式（4）表明Vs与T之间为非线性 指数函数的关系。图1中运算放大器IC2与二极管VD1组成了自 然对数放大器，其输出Vo与输入Vs，Id之间的关系为： VD VD (5) Id = Is(e VT − 1) ≈ Is e VT
（18）
R3 T α = 1+ ) • （ ; R4 11600
R3 1 V Z AR 2 ; β = (1 + )• • ln R4 11600 RiR1V C
T为绝对温度。 将T=t+273℃代入式（18)有：
R3 B R 3 t + 273 V Z AR 2 V 0 = (1 + R 4 ) 11600 + (1 + R 4 ) • 11600 ln RiR1 = m + kt VC
NTC（负温度系数）的电阻值可以随温度的上升而下降， 由于其温度系数非常大，所以可以检知微小的温度变化，因 此被广泛应用在温度的量测、电路软启动，控制与补偿。常 规的热敏电阻温度传感器都是由NTC热敏电阻制成。 NTC热敏电阻的输入（温度）与输出（电阻）之间的一 条指数曲线，其特征方程为： Rt = A× exp( B / T ) （1） 其中，Rt-热敏电阻在绝缘温度T时的电阻值； A，B-由材料和工艺决定的常数。 当已知在T0时的电阻值为R0可将(1)式改写为 ，
电感滤波电路是利用电感对交流阻抗大而对直流阻抗小 的特点，用带铁芯的线圈做成滤波器。适用于负载电流较大 的场合，因此本装置采用电感滤波电路。这里也就不详细介 绍电感滤波了。
2.2 电容滤波
电容器是一个存储电容的仓库。在电路中，当有电压加 到电容器两端时，便对电容器充电，把电能存储到电容器中； 当外加电压失去或降低后，电容器将把储存的电能再放出来。
（14) (15) (16) (17)
V 0 = − (1 +
R2 R3 ) • V T • ln V S R4 V C R1
将（4）式及V T =
T 代入式（17)有： 11600
V 0 = (1 +
其中
AR 2 R3 T B )• • ( + ln V Z ) = ( β + αT） R 4 11600 T RiR1V C
（19）
其中
R3 1 V Z AR2 ); m = (1 + ) ( B + 273ln R 4 11600 RiR1V C R3 1 V Z AR2 . k = (1 + ) ln R 4 11600 RiR1V C
可见式（19）中m,k仅与电路参数有关，当电路参数 固定时，m,k均为与温度t无关的常数。当A发生变化时， 我们可以通过调整R2与R1的比值，使比值不变。当B发生 R3 (1 + ) B不变。 变化时，通过调整R3与R4的比值，使m中的 R4 V 来保持k不变。 由于调整R3与R4的比值，此时需再调整 Ri V 从而保证仅通过调整电路中几个线性无源元件的参数，就 能适应热敏电阻的特性参数的离散性。