2.7 温度传感器应用实例

2.7.1 双金属温度传感器的应用

1．双金属温度传感器室温测量的应用

双金属温度传感器结构简单，价格便宜，刻度清晰，使用方便，耐振动，常用于驾驶室、船舱、粮仓等室内温度测量。如图2-22所示为盘旋形双金属温度计，它采用膨胀系数不同的两种金属片牢固黏合在一起组成的双金属片作为感温元件，其一端固定，另一端为参考端。当温度变化时，该双金属片由于两种金属膨胀系数不同而产生弯曲，参考端的位移通过传动机构带动指针指示出相应的温度。

2．双金属温度传感器在电冰箱中的应用

电冰箱压缩机温度保护继电器内部的感温元件是一片碟形的双金属片，如图2-23（a）、（b）所示。由图2-23（c）、（d）可以看出在双金属片上固定着两个动触头。正常时，这两个动触头与固定的两个静触头组成两个常闭触点。在蝶形双金属片的下面还安放着一根电热丝。该电热丝与这两个常闭触点串联连接。整个保护继电器只有两根引出线，在电路中，它与压缩机电动机的主电路串联。流过压缩机电动机的电流必定流过它的常闭触点和电热丝。

压缩机工作正常时，也有电流流过电热丝，但因电流较小，电流丝发出的热量不能使双金属片翻转，所以常闭触点维持闭合状态，如图2-23（c）所示。如果由于某种原因使压缩机电动机中的电流过大时，这一大电流流过电热丝后，使它很快发热，放出的热量使蝶形双金属片温度迅速升高至其动作温度，蝶形双金属片翻转，带动常闭触点断开，切断压缩机电动机的电源，保护全封闭式压缩机不至于损坏，如图2-23（d）所示。

2.7.2热敏电阻温度传感器的应用

1．热敏电阻在汽车水箱温度测量中的应用

如图2-24所示为汽车水箱水温监测电路。其中Rt为负温度系数热敏电阻，用于温度显示的表头为电磁式表示。由于汽车水箱水温测量范围小，要求精度不高，所以电路十分简单。测量电路的连接为：

2．热敏电阻在空调器控制电路中的应用

热敏电阻在空调器中应用十分广泛，这里列举春兰牌KFR-20 GW型冷热双向空调中热敏电阻的应用，如图2-25所示。

负温度系数的热敏电阻Rt1和Rt2分别是化霜传感器和室温传感器。室内温度变化会引起Rt2阻值的变化，从而使IC2第26脚的电位变化。当室内温度在制冷状态低于设定温度或在制热状态高于设定温度时，IC2第26脚电位的变化量达到能启动单片机的中断程序，使压缩机停止工作。

在制热运动时，除霜由单片机自动控制。化霜开始条件为-8℃，化霜结束条件为8℃。随着室外温度的下降，室外传感器Rt1的阻值增大，IC2第25脚的电位随之降低。当室外温度降低到-8℃时，IC2的第25脚转化为低电平。单片机感受到这一电平变化，便使60脚输出低电平，继电器KA4释放，电磁四通换向阀线圈断电，空调器转化为制冷循环。同时，室内外风机停止运转，以便不向室内送入冷气。压缩机排出的高温气态制冷剂进入室外热交换器，使其表面凝结的霜溶化。化霜结束，室外热交换器温度升高到8℃, Rt1的阻值减小到使IC2第25脚变为高电平，单片机检测到这一信号变化，则IC2的60脚重新输出高电平，继电器KA4通电吸合，电磁四通换向阀线圈通电，恢复制热循环。

2.7.3 晶体管温度传感器的应用

1．热敏二极管温度传感器应用举例

半导体二极管正向电压与温度的关系如图2-26所示。IN457为硅二极管，IN270为锗二极管，利用这种特性可将温度转化成电压，完成温度传感器的功能。

图2-27是采用硅二极管温度传感器的测量电路，其输出端电压值随温度而变化。温度每变化1℃，输出电压变化量为0.1V。

2．晶体三极管温度传感器应用举例

NPN型热敏晶体管在IC恒定时，基极-发射极间电压Ube随温度变化曲线如图2-28所示，利用这种关系，可把温度变化转换成电压进行温度测量。图2-29为晶体管温度传感器的一种温度测量电路，温度每变化1℃，输出电压变化0.1V。

2.7.4 集成温度传感器应用举例

1．AD590集成温度传感器应用电路

AD590是应用广泛的一种集成温度传感器，由于它内部有放大电路，再配上相应的外电路，故可方便地构成各种应用电路。

图2-30为一简单测温电路。AD590在25℃（298.2 K）时，理想输出电流为298.2 μA，但实际上存在一定误差，可以在外电路中进行修正。将AD590串联一个可调电阻，在已知温度下调整电阻值，使输出电压UR满足1 mV/K的关系（如25℃时，UR应为298.2 mV）。调整好以后，固定可调电阻，即可由输出UR读出AD590所处的热力学温度。

集成温度传感器用于热电偶参考端的补偿电路如图2-31所示，AD590应与热电偶参考端处于同一温度下。AD580是一个三端稳压器，其输出电压U0=2.5 V。电路工作时调整电阻R2使得：

I1=t0×10-3

式中I1的单位为mA，这样在电阻R1上产生一个随参考端温度t0变化的补偿电压U1=I1R1。

若热电偶参考端温度为t0，补偿时应使U1与EAB（t0, 0℃）近似相等即可。不同分度号的热电偶，R1的阻值亦不同。这种补偿电路灵敏、准确、可靠且调整方便。

2．LM334集成温度传感器应用电路

LM334是三端电流输出型温度传感器，其输出电流对于环境温度为线性变化。用外加电阻Rs在2 ×10 -6～5 ×10 -3A的范围内自由调节初始设定的输出电流Is。如果外加电阻为Rs（即图2-32中的），则25℃时设定电流为Is=67.7 μA。

LM334工作电压范围较宽，为0.8～40 V，但工作电压高时，自身发热大，因此建议低电压使用。采用LM334的温度-频率转换电路如图2-32所示。接在LM334的电阻Rs为基准电阻，所以必须选用温度系数小的电阻。图2-32中Rs为137 Ω, 25℃时，输出电流为494 μA。

图2-32中A1的同相输入端电压是对VD电压进行分压，在这点上引出LM334与温度有关的电流，变为下拉电压，约2 V，低于VD的阳极电位。

图2-32中A1的反相输入侧的与RP1连接点电位比同相输入端高。另外，接在A1反向输入端的RP2与C1构成积分电路，使C1负向充电，结果A1的输出电位随时间增长逐渐降低。

电路中，VT1的基极接到A1输出与恒定电位（VD阴极）的电阻分压点，发射极为恒定电位，随着A1输出电位下降，当VT1的Ube降到-0.6 V左右，VT1和VT2导通，C1电荷通过其放电。随着C1放电，A1输出电位逐渐增高，VT1和VT2截止，C1又开始充电。

重复以上动作，A1输出为锯齿波，但若LM334的输出电流因温度而变化，A1的同相输入端电压也变化，它等于积分电路输入电压变化，因此锯齿波的频率也改变。变化率为1∶1，因此，可进行温度-频率转换。

用VT3把A1输出点锯齿波变为TTL电平的方波时，由C2和R9对A1输出的锯齿波的上升沿进行微分，由微分脉冲使VT3通断而变为方波。

调整时，首先使LM334位于0℃，调整电位器RP1，使A1输出端为0 Hz，即不振荡；再使LM334位于100℃处，调整电位器RP2，使A1输出为1 kHz。反复调整多次，使两点都合乎要求，即调整完毕。此电路的分辨率为0.1℃。

2.7.5 家用空调专用温度传感器

家用空调专用温度传感器产品型号为KC和KH系列。

目前，较先进的室内空调器大都采用由传感器检测并用微机进行控制的模式。空调器的控制系统中，室内部分安装热敏电阻和气体传感器；室外部分安装热敏电阻。室内空调器通过负温度系数热敏电阻和单片机，可快速完成室内外的温差、冷房控制及冬季热泵除霜控制等功能。室内的SnO2气体传感器用于测量室内、室外的污染程度，当室内空气达到标准的污染程度时，通过空调器的转换装置可自动进行换气。

2.7.6 冰箱、冰柜专用温度传感器

冰箱、冰柜专用温度传感器产品型号有KC系列。

冰箱、冰柜热敏电阻式温控电路如图2-33所示。当电冰箱接通电源时，由R4和R5经过分压后给A1的同相端输出一个固定基准电压，由温度调节电路RP端输出一个设定温度电压给A2的同相输入端，这样就由A1组成开机检测电路，由A2组成关机检测电路。当冰箱内的温度高于设定温度时，由于传感器RT和R3的分压大于A1的同相输入端和A2反相端输入端电压，A1输出低电平，而A2输出高电平。由IC2组成的Rs触发器的输出端输出高电平，使VT导通，继电器工作，其常开触点闭合，接通压缩机电动机电路，压缩机开始制冷。

当压缩机开始工作一定时间后，冰箱内温度下降，到达设定温度时，温度传感器阻值增大，使A1的反相输入端和A2的同相输入端电位下降，A1的输出端变为高电平，而A2的输出端变为低电平，Rs触发器的工作状态翻转，其输出为低电平，从而使VT截止，继电器K停止工作，触点K-1被释放，压缩机停止运转。

若电冰箱停止制冷一段时间后，冰箱内温度慢慢升高，此时开机检测电路A1、关机检测电路A2及Rs触发器又翻转一次，使压缩机重新开始制冷。这样周而复始地工作，达到控制电冰箱内温度的目的。

2.7.7 热水器专用温度传感器

热水器专用温度传感器产品型号有KC、KG系列。

热水器温控电路结构与冰箱、冰柜温控电路结构类似，只不过热水器温控电路用于高温，且要配置触电保护电路和防干烧电路。用于热水器温控电路的KC、KG系列热敏电阻传感器产品具有耐温性强、耐湿防潮性好、可靠性好、速度反应快等特点，可在高温多湿、冷热变化剧烈的环境下长期使用。

2.7.8 汽车发动机控制系统专用温度传感器

汽车发动机控制系统专用温度传感器产品型号有KC系列。

为了提高发动机的燃烧效率，必须使用温度传感器，以分别连续地高精度地测定进气温度和用于优化排气净化效率的排气温度。KC系列汽车发动机控制系统专用温度传感器具有精度高、抗震性强、耐温防潮性强、热冲击下具有高稳定性和可靠性等特点。