LM系列精密温度传感元件原理和应用

　　LM135系列温度传感器是一种电压输出型精密集成温度传感器。它工作类似于齐纳二极管，其反向击穿电压随绝对温度以+10mV/K的比例变化，工作电流为0.4——5mA，动态阻抗仅为1Ω，便于和测量仪表配接。这种温度传感器具有测量精度高，应用简单等优点。LMl35系列温度传感器的测温范围很宽，LM135测温范围为-55—— +150℃，LM235和LM335测温范围分别为-40 —— +125 ℃和 -40 —— +100 ℃。其短时使用测温上限可分别扩宽至200℃、150℃和125℃。

　　

 

　　图1是它们的两种封装形式和引脚功能图。

　　

 

　　图2是LMl35系列的内部电原理图：

　　典型应用电路

　　1、基本测温电路

　　

 

　　图3是采用LMl35的测温电路，它的输出电压与绝对温度成正比，灵敏度为10mV/K。可以通过数字电压表测量其两端电压差来取得温度值。为防止自热效应对测量结果的影响，一般将LMl35的工作电流限制在1mA左右。

　　2.精密测温电路

　　

 

　　LMl35系列具有外附校正端，因此可以方便地对测量误差进行修正，有效地消除制造工艺带来的误差。电路修正方法很简单，如图4所示，只需在温度为25℃时调整电位器Rw改变校正端偏压，并用数字电压表 20V档测量传感器的输出压电值为2.982V 即可。经校正后，该电路在100C℃范围内测量误差小于1℃。

　　3.温度遥测电路

　　

 

　　当测量点与显示仪表距离较远时，传感器的工作电流在连接导线上的压降叠加在传感器的输出电压上，会产生一定的测量误差。为了消除连接导线电阻的影响，可以采用图5所示电路，利用恒流源驱动LMl35，由于传感器的工作电流恒定，连接导线电阻也是固定的，因此导线上的压降是一定值，可以通过校正端加以修正，保证了测量结果的准确性。

　　4.热电偶冷端补偿测温电路

　　

 

　　图6是采用热电偶且测温范围很宽的实用电路。它采用了分度号为K的热电偶，测量上限温度可达1000℃。为了消除热电偶冷端环境的影响，采用LM335对冷端温度进行测量，然后通过运算放大器LM308将温度电压信号与热电偶产生的热电势叠加后放大输出，从而使输出电压信号反映热电偶工作端的真实温度。由于LM335输出电压与绝对温度成正比，故采用LM329与电阻分压产生一电压信号抵消其在0℃的输出电压。该电路输出电压与被测温度的对应关系被放大电路调整为10mV/℃。

　　5.Ni—Cd电池快速充电电路

　　

 

　　图7是一种安全可靠的Ni-Cd电池快速充电电路。它是利用Ni—Cd 电池外壳温度变化来检测电池充电是否完成的。一般来说，当被充电电池温度上升5℃时即已充至额定容量的80%。这里ST1用于检测环境温度，ST2与充电电池热偶合用于检测电池温度。利用温度传感器的失调调整端将ST1的输出电压调得比ST2高50mV，这样当电池温度超过环境温度5℃时，比较器LM308输出变为低电平，LM317由恒流源状态变为电压源状态，输出电压仅2V左右，电源只能通过R以50mA的小电流继续给电池充电。这种方法可以节省充电时间又不会造成过充电。

　　6.温差测量电路

　　

 

　　在一些场合常需测量两点的温度差。如水泵风机等设计中，常需按入口处与出口处的温差来确定叶轮形状是否合理。由于温差很小，就要求有很高的测量精度相分辨率。图8所示是一种高灵敏度温差测量电路，其灵敏度为100mV/℃。这里采用精密运算放大器LM308，将两温度传感器测得的温差电压放大10倍后输出。调Rw可使两传感器处于同一温度时运放输出为0。

　　7.气流检测电路

　　

 

　　图9所示是利用LM335工作中的自热效应来检测气体的流动。ST1置于静止空气中，工作电流较低，约为1mA。ST2置于外部环境中，工作电流较大，约为10mA。ST3工作电流较大，而在空气不流动时其产生的自热温升高于STl的温升，因此比较器LM301的反相输入端电压高于同相输入端电压。输出为低电平。当外部环境空气流动时、ST2产生的热量不断传到周围空气中被带走，因此自热效应引起的温升降低。而这时STl处于静止的空气中，热传导很慢，故其自热效应引起的温升大于ST2的温升，故比较器LM301输出变为高电平，驱动发光管点亮告警。通过Rp可以设定报警点的空气流速。

　　有简单人工智能的温度控制电路

　　杨世清 荣华

　　介绍一种具有简单人工智能的温度控制电路，使用该电路进行温度控制时，只需将开关打在2的位置，通过设定控制温度，并通过3位半数显表头所显示的温度值，即可精确地控制温度，使得温控操作变得十分方便。

　　一、电路工作原理

　　电路中使用LM35电压型集成温度传感器，使得电路变得十分简单.

　　

 

　　LM35是一种内部电路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中.其输出灵敏度为10.0MV/℃，精度达0.5℃.其测量范围为-55——150℃。在静止温度中自热效应低(0.08℃).工作电压较宽，可在4——20V的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于60uA.输出阻抗低，在1MA负载时为0.1Ω。

　　根据LM35的输出特性可知，当温度在0——150℃之间变换时，其输出端对应的电压为0——150V，此电压经电位器W3分压后送到3位半数字显示表头(由ICL7107及有关电路组成)的检测信号输入端.在输入端输入的电压为150V时，通过调节电位器使显示的数值为150.0,经调整后数显表头显示的数值就是实测的温度值.

　　温度控制选择可通过电位器W2来实现.通过调节W2可使其中间头的电压在0——1.65V之间的范围内变换，对应的控制温度范围为0——165℃，完全可以满足一般的加热需要。将开关K打在2的位置，电位器W2中间头的电压经过电压跟随器A后送到数显表头输入端来显示控制温度数值.

　　调节电位器W2，数显表头所显示的数值随之变化，所显示的温度数值即为控制温度值.电位器W1为预控温度调节，其电压调节范围为0——0.27V，对应可调节温度范围为0——27℃.此电位器调整后，其中间头的电压与电位器W2中间头的电压分别送入比较放大器B(放大倍数为1)的反相及同相输入端，B输出端的电压为二输入电压之差.此电压对应两个设定的温度值之差.例如将W1调至0.10V，对应温度10℃;将W调至O.80V，对应温度80℃.B的输出电压为0.70V，表示温度70℃.此电压与集成温度传感器输出的电压送到电压比较器C中进行电压比较.

　　当LM35输出的电压小于B的输出电压时，C输出高电乎，可控硅T1因获得偏流一直导通，交流220V直接加在电热元件两端，进行大功率快速加热.

　　当LM35输出的电压大于B的输出电压而小于A的输出电压时，表明实际温度已接近控制温度，C输出低电乎，可控硅T1因无偏流处于截止状态，电压比较器D输出高电平，可控硅T2仍处于导通状态，交流220V需要通过二极管D2加在电热元件两端，进行小功率慢速加热(此时的加热功率仅为原来的25%).

　　当实际温度上升到80℃以上时，LM35的输出电压大于0.80V，电压比较器D输出低电平，可控硅T2也截止，电热元件断电.

　　由于此时加热功率较小，加上散热作用，温度不会大幅度上升,其实际温度在控制温度左右一个很小范围内波动，这样就实现了温度的较高精度的自动控

　　二、使用中的注意事项

　　1.开关K在设定控制温度时在2的位置，正常加热控制时在1的位置，数显表头显示实际的温度数值;

　　2.电位器W1、W2使用普通有机实芯电位器即可，电位器W2可以使用多圈带指示精密电位器，并安装在面板上以分别调节;

　　3.可控硅T1、T2选择耐压220V，电流大于实际工作电流的双向可控硅，并在使用中加散热片散热，以防过热损坏;

　　4、D2的电流大于实际工作的电流的一半即可，并另加散热装置;

　　5.可控硅一端与控制电路的地线相联，因此整个电路带有交流市电，安装使用时应注意采取隔离绝缘措施，以防触电;

　　6、W1的调节要根据实际加热情况来适当选择。