基于PN结传感器高精度数显井中水温仪

PN结温度传感器是一种新型半导体敏感器件, 它是一种负温度系数温度—电压转换器件。它兼有热电耦，铂电阻，热敏电阻的各自优点，又克服了这些传统测温器件难以克服的某些固有缺陷，它灵敏度比热电耦K分度高出50倍，线性度优于热敏电阻30倍，响应速度比一般铂电阻快20倍以上。它体积小、响应速度快，线性度好，成为一种新的计量器具，是常温区内较为理想的感温器件。在-30～100℃常温区内，这种线性PN结温度传感器在农业、工业、水利、生物医药等方面及其宽广的应用前途。

1.PN结的温度特性

二极管特性与温度有很大关系,当二极管的正向电压和当晶体管的集电极一发射极之间流过一定的电流时, 基极一发射极间的电压均随温度发生变化，PN结温度每改变1℃, 则PN结的电压约变化2mV。PN 结正向压降随着温度T的上升而下降,近似线性关系。因此,利用电压对温度的依赖关系制成PN结温度传感器。硅晶体管可作为测量－50℃到+100℃温度范围的温度传感器,其精度为±1%。硅二极管结的电压与温度关系特性曲线如图1。

2.测温仪的组成及原理

井中水温仪的整体主要分为三个主要部分：传感器温度探头、线缆盘架、数显部分，其中数显部分是整个仪器的核心。测温电路的系统框图如图 2。

2.1 数显部分电路原理图

温度的显示采用A/D转换器ICL7126来驱动LED 显示数据，电路原理图如图3所示。ICL7126是高性能、低功耗的三位半AD转换器电路。它包括七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。它将高精度、通用性、低成本很好的结合在一起。AD转换图如图 2 所示。

通过PN 结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度。一般工作电流为100～300mA。R1、C1 为时钟振荡器的RC 网络。R2、RH组成基准电压调整电路,可调整出215mV左右的基准电压值。通过恒流管给PN结及IN+、IN-提供恒定的工作电流,使PN 结随温度变化其压降改变时,流过PN 结的电流恒定不变。W1为零点调整电阻,W2为量程调整电阻。

2.2 欠压指示部分

欠压指示部分采用异或门CD4070，通过三极管9013和电阻分压当电源电压低于 7 V 时候，9 0 1 3 的 C 极截止，所以CD4070输出接液晶的功能管脚，此刻在ＬＥＤ显示字符“ＬＯＢＡＴ”，来提醒电压不足，需更换电池。CD4070 另一个作用就是触发LED 显示数字中的小数点位。

2.3 按键开关部分