劉臣剛

（淮南礦業(yè)集團 朱集礦井建設項目部，安徽 淮南 232000）

0 引言

在現(xiàn)代化工礦企業(yè)與農業(yè)生產過程中，環(huán)境及設備溫度的測量和控制是極為普通和重要的。為了提高生產效率，降低生產成本，尋求性能可靠、價格低廉、且應有廣泛的元器件設計溫度檢測儀是生產、使用單位的首先。本溫度檢測儀就是由極為普通的晶體管3DG6、廉價的電壓、頻率轉換器（V/F）LM331與單片機AT89C2051等組成，它具有成本低、調校簡便、自動補償、測量精度高的特點。

半導體理論和實驗證明：在-50℃+150℃的范圍內，當發(fā)射結正偏時，不管集電結反偏還是零偏，在一定的集電極電流形式下，NPN硅晶體管的基極-發(fā)射極間正向電壓Ube隨溫度T的增加而減小，并有良好的線性關系，其電壓溫度系數(shù)約-2.1mV/℃。因此，晶體管3DG6不但可以作為通常的電子器件使用，而且也可作為一種價格低廉、取材方便、性能良好的溫度傳感探頭使用。

1 測量與放大電路

用3DG6作為溫度傳感探頭和LM324運算放大器構成的測量放大電路見圖1。晶體管3DG6接成基極與集電極短路發(fā)射結正偏、集電結零偏作為二極管使用，構成溫度號，傳感探頭置于測溫現(xiàn)場，電源通過電阻 R1（100Ω）向 3DG6 的同相端，R1，R2，R3，R4 均為普通金屬膜電阻，選R2=R3，則放大器輸出U0≈Ube。本儀器用2片LM324可同時檢測7路輸入信號。

圖1 測量放大電路

2 檢測與處理電路

檢測與處理電路見圖2。圖2中4051為八選一模擬開關，其輸入I0~I6為溫度檢測輸入，I7為自動補償輸入。放大器LM324接成跟隨放大器，其輸入為LM331芯片2腳輸出Vref電壓。LM331為電壓、頻率轉換器 （V/F），其輸出經74LS74分頻后練到單片機AT24C0251的P3.2端，由單片機檢測脈沖寬度并通過運算得出對應溫度值。AT24C02為串行I2C總線EEPROM電路，用來存放調校時兩基準溫度值所對應的脈沖寬度和LM331基準電壓Vref所對應的脈沖寬度。

LM331是單片集成V/F高精度電路，內部由開關電流源、輸入比較器和單脈沖定時器等部分組成，外接電阻和電容可組成基本的電壓、頻率轉換器。當外接電阻和電容可組成基本電壓/頻率轉換器。當外接阻容元件值一定時，LM331的輸出頻率與輸入電壓成正比關系。

圖2中單片機和AT24C02的使用使得本測溫儀具有調校簡便和自動補償功能。在調校時，先將3DG6置于0℃冰水混合物中，通過一定的操作，單片機將測得的脈沖寬度T0記錄下來并存于AT24C02中。然后再將3DG6置于100℃的水中，再通過一定的操作，單片機將測得的脈沖寬度T100記錄下來也存于ATA24C02中。在兩次測量中，單片機同時測量LM331的2腳輸出的基準電壓Vref，經跟隨器LM324和4051后，又送到LM331的7腳由LM331將在當前電路參數(shù)條件下的Vref所對應的脈沖寬度Tref值也記錄于AT24C02中。

圖2 檢測與處理電路

3 調校與自動補償

由F=1/T可得出每單位（0.1℃）溫度的變化與脈沖寬度的關系。設當溫度為t時，測得的脈沖寬度為Tt，只要單片機測得Tt，就可通過計算得出溫度值。而且通過這種方法進行測量，不需要調整放大器的放大倍數(shù)，也不需要調整LM331外接阻容器件參數(shù)，更不需要調整LM331的輸出電壓與輸出頻率的對應值，因此，本測溫儀調校簡便。頻率不僅與輸入電壓有關，而且與LM331的外接阻容元件有關，因而LM331外接阻容元件的精度及參數(shù)的穩(wěn)定性直接影響測量精度。另外，測量精度還與運放的性能有關，為了克服這種對元件及運放要求高的缺點，本測溫儀采用自動補償，具體方法是：利用LM331的2腳輸出的穩(wěn)定基準電壓轉換為頻率；由單片機測量出對應的脈沖寬度Tvt，此脈沖寬度就是當前時刻所有電路參數(shù)所對應的基準電壓的脈沖寬度Tref，根據Tref和Tvt再修正調校時所測得的T100和T0。

4 結語

本測溫儀采用普通器件，在不需要復雜調試的情況下，只需要操作儀器本身的按鍵和數(shù)碼管顯示就可進行調校（即標定）。具有低成本，測量精度高的特點，在-40℃~-140℃范圍內，其測量誤差為±0.1℃。如將該測溫儀與煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)配套，可用于電機設備的表面溫度測量、重要開關設備接線端子的表面溫度測量等。本文介紹的檢測電路自動補償方法也可用于其他測量傳感器中。

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