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    使用二極管進行測溫的原理

    發布時間:2012-11-02 責任編輯:rexliu

    【導讀】溫度是表示物體或環境冷熱程度的一種物理量,而溫度傳感器是一種能將溫度變化轉換成電量變化的元器件。本文主要介紹二極管應用于溫度傳感器中的原理。

    溫度是表示物體或環境冷熱程度的一種物理量,而溫度傳感器是一種能將溫度變化轉換成電量變化的元器件。本文主要介紹二極管應用于溫度傳感器中的原理。

    二極管具有單向導通特性,一般用作整流、控制電流流向等,但二極管也可用作溫度傳感器,可以先在面包板上搭一個簡單電路,用1V擋(指針式)或2V檔(數字式)電壓表測二極管的正向降壓。再用點燃的火柴或打火機靠近二極管一下,你會發現二極管的管壓降快速下降,火源離開后又逐漸恢復到原來的數值;若再用一小塊冰(用布包著)或一小塊冰凍的食物放在二極管上,你會發現管壓降會增加,冰塊拿走后,管壓降漸恢復到原來的數值。

    實驗時要注意:火柴或打火機的火焰不能直接燒二極管(只能靠近),否則火焰的溫度太高會把二極管燒壞!另外,冰塊要挨上二極管的玻璃外殼,但不要將二極管兩個引腳同時都碰上(避免水將兩引腳“短接”)。

    這簡單的實驗告訴我們:二極管對溫度十分敏感,溫度的變化將改變它的管壓降。溫度上升時管壓降減小;溫度下降時管壓降增加。

    下面我們進一步來做一個溫度與管壓降之間的定量關系實驗。

    我們已知在海平面一個大氣壓的條件下,水的沸騰溫度為100℃;在冰與水共溶的條件下其溫度為0℃。在沿海一帶或海拔不高的地區可以認為沸騰的水是100℃(誤差不大)。

    上述100℃及0℃兩個溫度值作為標準溫度來標定溫度與管壓降之間的定量關系,即確定二極管的測溫靈敏度。用軟導線將二極管( 1N4148)焊好,放入塑料袋內(要求不漏水),然后放入沸騰的水中,5分鐘后測二極管管壓降VF(100℃)(要注意:塑料袋小的為好,并且盡可能減少袋中的空氣),并將VF(100℃)的值記下。將帶二極管的塑料袋放入冰與水共溶體(碎冰要占大部分容積),5分鐘后測其管壓降 VF(0℃)的值,并記下。

    按下式可求出二極管的平均測溫靈敏度:

    平均靈敏度=[VF(100℃)-VF(0℃)]/100℃

    二極管(1N4148)的平均靈敏度約為-2mV/℃。由于它的線性度相當好,所以平均靈敏度可看作二極管的測溫靈敏度。即溫度每上升1℃時,管壓降下降了2mV左右(所以加一個負號)。

    二極管雖然可以檢測溫度并輸出相應的電壓,但要作為一個溫度計還需要測量電路、放大電路及指示表頭。

    測溫專用二極管MTS-102

    MTS-102是摩托羅拉公司生產的一種溫度傳感器。它是一種專用于測溫的硅NPN三極管,將c、e短接形成一個二極管,其管壓降(Vbe)受環境溫度變化而變化,其靈敏度約為-2.3mV/℃。它與一般二極管不同之處是,靈敏度的一致性好,即每一個MTS-102的靈敏度相差較小,其精確值為-2.265 mV/℃,而不同的1N4148其靈敏度差別較大;線性度好(在0~100℃溫度范圍內最大非線性誤差±2℃);工作電流在0.1mA時,25℃時的 Vbe為595 mV。

    MTS-102的外形與一般塑封三極管(TO-G2)封裝一樣,其管腳排列與9013相同。使用時要將c與b短接。如果沒有MTS-102,可用9013代替,用法完全相同。

    可以用MTS-102代替1N4148來作一個新的電子溫度計,應該說用MTS-102作的溫度計性能要好一些。
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