作者：聂辉海
出版社：电子工业出版社
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传感器技术及应用(全彩)试读：
职业教育电工电子类基本课程系列教材传感器技术及应用聂辉海 主 编林红华 陈红云 苏炳汉 参 编内容简介传感器及其技术应用，对于现代工业、现代农业、国防军事、医疗环保、能源交通、防灾救灾和人们的日常生活具有特别重要的意义和作用。
本书按照工作过程系统化课程开发理念编写而成，读者只要完成书中介绍的工作任务，就可以基本了解和掌握传感器及其技术应用。本书密切围绕中等职业电子专业教育及电子相关行业传感器技术及应用的内容及相关知识点、技能点编写。内容包括热电转换、光电转换、声电转换、力电转换、气电转换、磁电转换等各类传感器的介绍及应用，并详细介绍了工作任务中的案例电路的工作过程、电路特性、安装电路注意事项及相关知识。
本书内容丰富、结构合理、操作性强，是教学、培训和设计明智的选择。本书特别适合中等职业学校电子专业及相关专业学生学习之用，可作为全国职业院校技能大赛电工电子项目“电子产品装配与调试”培训教材，也可作为电子技术爱好者作为参考用书使用。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据传感器技术及应用/聂辉海主编. —北京：电子工业出版社，2012.7职业教育电工电子类基本课程系列教材ISBN 978-7-121-17508-4Ⅰ.①传… Ⅱ.①聂… Ⅲ. ①传感器－中等专业学校－教材 Ⅳ. ①TP212中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第147465号策划编辑：杨宏利 yhl@phei.com.cn责任编辑：杨宏利 特约编辑：王纲印 刷：北京机工印刷厂装 订：三河市鹏成印业有限公司出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036开 本：787×1092 1/16 印张：9.5 字数：243.2千字印 次：2012年7月第1次印刷印 数：3000册 定价：45.00元
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随着工农业生产、医疗器械、航空航天、军工制造等各个领域现代化的发展，传感器技术已经深入到各个方面，传感器已经在广泛的领域代替了人类的眼耳口鼻，拥有了人类未能达到的感知能力，学习传感器及传感器技术是职业学校电工电子类专业及其相关类专业学生的必修课程。
本书的编写冲破传统观念，探索新的教学方法，改革教材内容，使本教材的教学实施与中职学生的职业综合能力需求的知识及技能培养紧密相结合。本书是根据内容及相关知识点，按照工作过程系统化课程的开发理念编写而成的。
在职业学校开设的电气技术、机电技术、自动控制技术、电子与信号技术等专业课程，均与“传感器技术及应用”密切关联。
职业教育的目的是培养学生的综合职业能力，是面向全体学生的技能型教育，而综合职业能力是在工作过程中不断积累逐步形成的。为了更好地培养学生的综合职业能力，本书采用工作任务形式进行编写，只要学生动手完成本书中的各项工作任务，学生的学习任务也就完成了。在编写本书时，我们对每个学习任务进行了有目的的选择和设计，使学习任务密切联系生产、生活实际，并尽量使学生在完成工作任务中不仅获得与实际工作过程有着紧密联系的带有经验性质的知识，而且获得成功感，激发学习兴趣，并能增强电工电子技能竞赛的信心。本书的每个工作任务均联系实际、由浅入深。在本书的指导下，学生可以通过自己动手进行实践训练，掌握传感器技术及应用的知识和技能。
本书中介绍的工作任务是生产、生活中的传感器及传感器应用案例，使学生真正做到“做中学、学中做”。全书围绕职业学校电子及相关专业的学生综合职业能力的培养，围绕传感器及传感器技术与应用内容，利用行动导向教学中的任务驱动教学法展开编写。本书内容包括温度、光电、磁敏、力电、气敏及湿敏传感器及应用，并介绍相关知识。
本书由全国职业院校技能大赛中职组电工电子竞赛项目电子产品装配与调试比赛首席评委高级教师聂辉海任主编，高级教师林红华、特级教师陈红云和高级教师苏炳汉参编、电子工程师刘一流对电路数据进行核实，主编聂辉海对全书进行统稿。
本书可作为电工电子类相关专业实训的教学用书，也可作为参加全国职业院校技能大赛电工电子项目电子产品装配与调试比赛系统学习与训练之用。
本书中的传感器技术及应用材料由广州优嵌电子科技有限公司提供，在此谨对此书出版提供帮助的单位和个人表示衷心感谢。
由于编者水平有限，书中错误与不足在所难免，恳请读者批评指正。编 者2012.6绪论 工作任务说明
传感器与特殊半导体器件广泛应用在现代工业、现代农业、现代军事、航天航空、交通运输、环境保护、医疗器械、安全防卫和家用电器等方面。
传感器与特殊半导体器件的作用是将各种各样的非电物理量（如光线、温度、湿度、浓度、速度、位移、流量、重量、压力、声音、电磁场等）转变为电信号，或把电信号转变为非电信号（如光、热、声、力）。
传感器与特殊半导体器件在电路中的作用就是进行测量，而精确的测量是实现精确的控制所必须的。如果没有传感器与特殊半导体器件对原始数据进行准确、可靠和实时的测量，根本无法实现设备与系统的正常运行并处于最佳状态。
学习传感器和特殊半导体器件的知识是提高职业学校电工电子类专业学生实践能力和综合职业能力所必须的。职业学校电工电子类专业学生以电子产品为依托进行技能实训，是提高职业学校学生实践能力和综合职业能力的主要途径和手段，在职业学校电工电子类专业教学体系中应该占有极为重要的地位。围绕电子产品结构的学习，设计技能实训课程和实行综合技能实训教学，引导学生自主学习提高学习兴趣，是学生掌握职业综合能力，走向工作岗位时能够胜任岗位要求和可持续发展的可靠保证。最后，以传感器与特殊半导体器件组建电子产品电路，这对学生提高电路认识是有很大帮助的。一、传感器应用电路结构模型1．传感器
根据中华人民共和国国家标准（GB 7665－87）定义：传感器是一种能感受规定的被测物理量并按照一定的规律转换为可用输出信号的器件和装置。它涵盖了以下内容。
① 传感器是能完成检测的测量装置；
② 传感器的输入量是被测的某一物理量（主要为非电量）；
③ 传感器的输出量应便于传输、转换、处理、显示（主要为电量）。
所以，可将传感器理解为是一种换能器件，它的作用一般是指它可以将非电量转换为电量。2．传感器的结构作用和特点
传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路组成，如图1所示。图1 传感器的结构组成
被测物体的物理量一般是非电量，要检测非电量需要用敏感元件对该非电量进行检测，才能检测到被测物体的物理量，所以把能够完成预转换的器件称为敏感元件。该非电量的物理量由转换元件进行转换，使之变成了电量，这就是转换元件的作用。转换元件是传感器的核心部分，它的实质是利用各种物体在非电量作用时出现的各种效应（物理、化学、光电、热电、磁电等），把非电量转换成电量。由于转换后电量非常微弱，基本电路的作用就是使微弱的电量整形、放大和稳定，之后就可以作为传感器的电量输出。
传感器是控制系统中的第一环节，它感受物理量的变化，完成对被检测信号的拾取和检测，只有精确的检测才有精确的控制。传感器对非电量进行检测有如下的特点：
① 可进行微量的非电量的检测，精度高、速度快；
② 可实现远距离遥测及控制；
③ 可实现无损检测；
④ 可利用设备对测量数据进行运算、存储和处理，并根据处理结果对被测对象进行控制；
⑤ 测量案例可靠。3．传感器应用电路结构
传感器作为电路的一种器件，它需要与其他电路组合，才能组成传感器应用电路，如图2所示是传感器应用电路的一般结构。
1）微处理器
它是电路的核心，人们根据需要编制出相应的电路程序并把程序复制到微处理器里。微处理器还要接受其他电路部分的信息，根据微处理器里的程序，发出相应的指令，使其他电路按照规定的功能运作执行。
微处理器多种多样，相同系列、不同型号的微处理器，内部结构是相同的，不同的是CPU的工作频率、I/O接口的数量、存储器容量的大小等。图3是常用的部分微处理器实物。图2 传感器应用电路的一般结构图3 常用的部分微处理器实物
2）传感器
传感器是用来采集自然界的各种信息，并进行处理的特殊器件。可以这样说，传感器的实质是将各种非电输入量（如光线、温度、湿度、浓度、速度、位移、流量、重量、压力、声音、电磁场等）转变为电信号，是能量转换的器件或结构。虽然传感器有获取信息、传输信息的功能，但不同的传感器有不同的识别信息的功能，所以在使用传感器时应该根据不同的物理信息选取，不然的话，是不能获取你所要求获得的信息的。
传感器按信息转换方式可分为光/电转换、热/电转换、声/电转换、力/电转换、电磁场/电转换等传感器。图4为常见的部分传感器。图4 常见的部分传感器
3）键盘电路
它是实现人与机器对话的输入设备，也就是说通过键盘电路的操控，把机器控制在操作范围内进行控制操作。在多数电路中是应用非编码键盘，就是说按下键盘时，只改变键盘原信号输出的大小。
4）显示器
它用来显示电路功能运行正常或非正常时的状态和各种信息。在电路中应用比较多的是LED数码显示器、LCD液晶显示器和点阵LED。LED数码显示器可以单个使用，也可以组合成多位数码显示器使用。一般的LCD液晶显示器单个使用，而点阵LED可以不断扩充，也有彩色的点阵LED。LCD液晶显示器和点阵LED可以显示多种的字符（包括中文字符），而LED数码显示器一般只能显示0～9数字及一些简单的符号。如果使用综合显示器，除可显示2位数字外，还可显示26个英文字母。图5为常见的部分显示器。图5 常见的部分显示器
5）执行电路
电路最终需要执行设定的功能，它必须是要微处理器发出执行命令后才能进行。这种执行功能的电路称为执行电路。很多时候为了使执行器件动作，还需要在微处理器输出驱动信号口与执行器件间加接驱动电路，以便驱动执行器件动作。执行器件可以是各式各样的，但必须要实现电路所要求的功能。如制冷、制热，产生光、电等物理量。图6为常见的部分执行器件。图6 常见的部分执行器件
6）提示器
它是电路正常执行功能时或在执行过程中出现错误时发出提示信号的设备，以便使人能够正确判断是否继续或中止执行电子产品的功能。它可以是单一声音或各种的提示音乐、语音或其他对听觉和视觉引起警觉的声音和器件等。提示器可以是扬声器、蜂鸣器、灯泡及其他相关的显示器等。4．传感器选择的一般原则
根据测量对象与测量环境确定传感器的类型，并进行具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：
① 量程的大小；
② 被测位置对传感器体积的要求；
③ 测量方式为接触式还是非接触式；
④ 信号的引出方法，有线或是非接触测量；
⑤ 传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，或是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。当然，还要根据测量对象与测量环境确定传感器的类型；根据测量对象的要求，选择传感器的具体性能指标，如灵敏度、频率响应、线性范围、稳定性、精度等。二、传感器应用电路实训任务建议
职业学校电工电子类专业的教学与实训应该以产品为依托进行。用制作传感器电路产品作为工作任务学习传感器也完全符合教学与实训的实际，在这里使用电子产品单元电路进行实训学习，使传感器知识能够在“做中学，做中教”，但要注意解决以下的问题：
① 要认真阅读传感器电路产品的电路。在没有动手装配与调试前，必须要认真阅读电路。要弄懂各部分电路的结构，信号的输入、输出端口，工作过程和主要的功能作用等。
② 要深入学习传感器的知识，必须从传感器的结构、功能作用、性能特点、参数和检测方法等内容进行学习。制作有传感器的电路时，要正确选择传感器，要根据测量对象与测量环境确定传感器的类型；根据测量对象的要求，选择传感器的具体性能指标。在需要微处理器的电路时，要准确选好微处理器。要根据使用的传感器的电子产品的功能，准确地编写对应的程序并拷入到微处理器里。因为每一种的电子产品，它的功能不尽相同，使用的微处理器也不相同，即使是相同的微处理器，但不同的电子产品，功能不相同，所以微处理器的程序也就不相同了。如果电子产品使用了微处理器，必须要选取正确的程序。
③ 在制作电子产品单元电路时，要小心爱护传感器和微处理器，要严格检查电路在确定已经接对的情况下才接通电源，否则是很容易损坏器件的。另外对传感器和微处理器，要采取适当的措施注意防静电保护。要根据使用传感器的电子产品电路选择传感器和单元电路模块，不能随意搭配电路。
④ 传感器种类繁多，传感器的输出形式也各种各样。由于传感器检测到和输出的信号比较弱，传感器的信号要在电路的前端适当地进行放大，减小信号的失真，还要保证传感器适当的灵敏度，才能保证传感器测量有可靠的信号和传输。另外传感器的接口要方便引出传感器信号，要采取适当的措施，尽量避免传感器的信号受到外界的干扰，如果干扰比较严重，还必须加入抗干扰电路，保证传感器检测的信号稳定和准确。工作任务一 温度传感器及应用
工作任务要求：主要是学会使用温度传感器测量温度、熟悉温度的控制电路和了解电路的工作过程，了解温度传感器的种类和特性。掌握检测部分温度传感器的方法。一、任务完成环境
温度是表示物体冷热程度的物理量。温度是日常生活及医学、军事、航空航天、工农业生产及科学研究等各个领域接触的物理量。测量和控制温度对于各个领域的工作具有非凡的重要意义。
温度是不能直接测量的，需要借助于某种物体的物理参数随温度不同而明显变化的特性进行间接测量。温度传感器就是通过测量某些物理量参数随温度的变化从而间接测量温度的。
温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化具有自身特性的改变。
温度传感器也称为热—电传感器。这种传感器用于各种需要对温度进行控制、测量、监视及补偿等的场合。它们中有的可以直接转变为电信号，有的则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。
温度传感器有很多种，表1-1是常用温度传感器性能对比。表1-1 常用温度传感器性能对比1．任务描述
温度传感器电路提供热源，感温元件通过热源提供的热能感应出温度的高低，再由转换电路转换成电流。温度传感器电路是由温度敏感元件（感温元件）和转换电路组成的，如图1-1所示。图1-1 温度传感器电路的组成
完成温度传感器电路的安装与调试以及对温度传感器的数据测量，是掌握本工作任务内容的重要方法，必须要按照如图1-1所示温度传感器电路的组成对安装与调试的电路进行分析，深入地认识温度传感器的性能和温度传感器电路的应用，才是本工作任务学习的关键。2．任务条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路，因为温度传感器的输出有的是模拟信号，有的是数字信号。在输出显示电路中，往往是需要数字信号驱动显示电路，所以转换电路需要把模拟信号转换为数字信号，也需要有把信号进行必要的放大的功能，才能使显示电路中的显示器显示相关的信息。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确地显示关联的信息，可以使用液晶显示器。二、任务完成及知识链接
由于温度传感器种类很多，形式多样，下面学习其中一些常用温度传感器的使用及特性作用。1．电阻式温度传感器
电阻式温度传感器利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性实现测量温度。一般把金属导体如铂、铜、镍等制成的测温元件称为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。
1）应用案例（1）铂电阻传感器构成的数字显示温度检测控制电路
图1-2所示是由铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路。该电路测量误差小于0.15%，适用于工业精密温度测量和控制的场合。
铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路线路板如图1-3所示。
按图1-2所示电路制作线路板，根据图1-3所示元器件的参数，正确安装元器件和各部件后进行调试。图1-2 铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路图1-3 铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路线路板
安装电路注意事项：
① 制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
② 必须要有合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，特别掌握好RP1、RP2和RP3的调整；
③ 特别检查铂电阻RT传感器的质量是电路工作和功能准确实现的关键；
④ 要按装配工艺要求进行焊接和安装；
⑤ 要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；
⑥ 测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
在有条件的地方，可以对传感器铂电阻RT的电阻值与温度特性进行测试，只要对铂电阻RT加热后就可以对铂电阻的电阻值进行测量，并把对应的数据填在表1-2中。表1-2 铂电阻RT的电阻值与温度的对应数据
电路组成和功能作用：
电路采用三只高精度的运算放大器IC1～IC3 OP-07，IC4 ICL7170CPL是一块A/D模数转换集成电路，IC5 TL431是一块精密基准电压集成电路。温度传感器是一种分度为Pt100的铂电阻。它具有很宽的测温范围，可以在−200～+850℃的温度区内测量，并有极好的稳定性。
电路工作过程：
IC1及其外围元件构成了温度检测置换电路；IC2及其外围元件构成了放大电路；IC3、VT1及其元件构成了比较和驱动控制电路；RP3用于设定温度值；SA1设定和测量切换开关；IC4及其外围元件构成了A/D转换、非线性校正、温度显示电路；RP2为线性补偿可调电位器。
温度检测电路，铂电阻RT连接在IC1的负反馈回路中。当RT随温度变化时，IC1的增益也会发生相应的改变，由此可将传感器感受到的温度信息转变成电压的变化，信号从IC1“6”脚输出。输出的信号经R7加到IC2的“2”脚，经反相放大后从IC2“6”脚输出并分两路，一路作为测量显示信号经开关SA1到由IC4组成的电路；另一路回到比较器IC3的“2”脚。
铂电阻灵敏度补偿，把开关SA1拨至“测量”位置，信号经R10进入A/D转换集成电路ICL7107CPL“31”脚。由于铂电阻的温度灵敏度随温度升高而降低，IC4除了能对信号进行A/D转换外，还可以对铂电阻进行高精度的线性补偿。IC4的“35”脚（REFLO端）基准输入电压负端通过RP2、R11与输入信号相连，故“35”脚上的电位也会随信号发生变化。
当被检测的温度较低时IC4的“35”脚的电位也较低，而IC4的“36”脚（REFHI端）基准输入电压正端的电压是由R1、R3、RP1、R5等分压后得到的。这是一个固定的电压，该电压与加到“35”脚上的电压比较，基准参考电压较大，IC4的A/D转换器的灵敏度较低。
当检测的温度较高时，加到IC4的“35”脚电压较高，使“36”脚的电压低于“35”脚电压，此时A/D转换器的灵敏度较高。
因此，A/D转换器的转换特性正好与铂电阻温度灵敏度关系相反，适当调节RP2的值，可以很好地补偿非线性，这种非线性校正方式可以使温度测控仪的测温非线性误差小于0.1%。
温度设定与控制，温度设定是由开关SA1处于“设定”位置时调节RP3的值对温度设定的，此时显示的数值即为设定的温度值。设定好温度后，把开关拨至“测量”位置即可进行温度的测量和控制。
比较器IC3的同相端“3”脚为基准电压输入端。基准电压是由R1、R6、RP3分压后得到的。比较信号是由IC2“6”脚输出加到IC3“2”脚上的检测信号，与基准电压比较后决定了VT1的状态（导通或截止），进而由继电器JK1吸合或释放来实现将温度值控制在设定值上。
电路调整，该电路对温度控制的量程范围为−200～+200℃（此时的分辨率为0.1℃），这时可以对温度控制范围进行调整。
用精度较高的电阻或精密电阻箱的100.00Ω电阻代替RT，调节RP1的值，使显示屏显示“00.0”。
用175.84Ω代替RT，调节RP4，使显示屏显示出准确的“200.0”。
用138.50Ω代替RT，调节RP2，使显示屏显示“100.0”。（2）热敏电阻在电路中的应用
由于热敏电阻有在温度变化时呈现电阻值增加或减小的特性，所以热敏电阻在应用上更加具有广泛性。
① 正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用。
正温度系数热敏电阻广泛中应用于防止电路电流突然浪涌过大造成损坏，如在电力线路设备、铁路系统设备及电话线路设备中都使用正温度系数热敏电阻加以保护。
图1-4所示是正温度系数热敏电阻PTC在彩色电视机消磁电路中的应用。图1-4 正温度系数热敏电阻PTC在彩色电视机消磁电路中的应用
正温度系数热敏电阻PTC彩色电视机消磁电路线路板如图1-5所示。图1-5 正温度系数热敏电阻PTC彩色电视机消磁电路线路板
按图1-4所示电路制作线路板，根据图1-5所示元器件的参数，安装元器件及部件后正确进行调试。
安装电路注意事项：
制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；
特别检查正温度系数热敏电阻PTC传感器的质量是电路工作和功能准确的关键；
要按装配工艺要求进行焊接和安装；
要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；
测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用：
电路由消磁线圈、正温度系数热敏电阻PTC、消磁电阻、继电器JK电路组成。电路主要是给彩色电视机CRT显像管在电视机开机时进行消磁。
电路工作过程：
正温度系数热敏电阻PTC在消磁电路中与消磁线圈串接，消磁线圈一般安装在显示器的四周，由继电器电路控制消磁电路的工作。在继电器JK吸合的瞬间，由于热敏电阻（在电路中消磁电阻）阻值很小，故起始电流很大，产生很大的交变电流，也就产生很强的交变磁场，但热敏电阻很快由于电流通过而温度升高，电阻值逐渐增大而使交变电流减小，消磁线圈产生的交变磁场呈周期性衰减，从而达到对显示器消磁的目的。
消磁电路中最后电流虽然很小，但仍然有电流通过，所产生的微弱交变磁场会对图像产生影响，而且消磁电阻长期通电发热也容易损坏。因此采用双刀双掷开关继电器对消磁电路进行控制，只要消磁完毕后，继电器释放断开，就不会再有交变电流通过消磁线圈产生的交变磁场影响图像了。
② 负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用。
在空调、电热水器、自动保温电饭锅、冰箱等家用电器中，热敏电阻传感器常用于温度控制。图1-6所示是由热敏电阻RT在电冰箱温度控制电路中的应用电路，热敏电阻RT属于负温度系数热敏电阻。图1-6 负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用
负温度系数热敏电阻在电冰箱中的温度控制电路线路板如图1-7所示。图1-7 负温度系数热敏电阻在电冰箱中的温度控制电路线路板
安装电路注意事项：
根据图1-6制作线路板后，按电路图检查线路有否开路或短路；
必须要有合适电路的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，运算放大器IC1可用相同功能集成块代换；
特别检查负温度系数（NTC）热敏电阻RT传感器的质量是电路工作和功能准确的关键；
要按装配工艺要求进行焊接和安装；
要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；
测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用：
电路由IC1 76339的两个运算放大器及外围元件组成两个电压比较器，由IC2 CD4011的两个与非门电路组成RS触发器，由VT1 8050组成一个冰箱压缩机开关电路。电路主要起到对冰箱内的温度进行恒温控制的作用。
电路工作过程：
如图1-7所示，当冰箱接通电源后，由电阻R4和R5分压后级IC1的A级同相端“5”脚提供一固定基准电压U，由温度调节电路的电i1位器RP1输出一设定温度电压U给IC1的B级反相输入端“8脚”，这i3样就由A级组成开机检测电路（压缩机接通工作），由B级组成关机检测电路（压缩机断开停止工作）。
当冰箱内的温度高于设定温度时，由于负温度系数热敏电阻传感器RT和R3的分压U＞U、U＞U，所以A级输出低电平，而B级输i2i1i2i3出高电平。由IC2组成的RS触发器的输出端“3”脚输出高电平，使VT1导通，继电器JK1吸合，其常开触点闭合，接通压缩机电动机电路，压缩机开始制冷。
当压缩机工作一定时间后，冰箱内的温度下降，到达设定温度时，负温度系数热敏电阻传感器RT电阻值增大，使IC1的A级同相输入端和B级反相输入端电位U下降，使U＜U、U＜U，A级的输出端变i2i2i1i2i3为高电平，而B级的输出端变为低电平，使RS触发器的工作状态发生翻转，输出为低电平，VT1截止，继电器JK1停止工作，触点被释放压缩机停止制冷。
冰箱停止制冷一段时间后箱体内温度升高，热敏电阻RT减小，使U＞U、U＞U，压缩机重新制冷。周而复始地工作，使冰箱内i2i1i2i3的温度保持在一定范围之内。
2）知识链接──电阻式温度传感器
电阻式温度传感器的电路符号如图1-8所示，电路文字符号为RT或R。
下面介绍常见的两种热电阻传感器。（1）铂电阻传感器
热电阻传感器是利用金属的电阻随图1-8 电阻式温度传感器的电路符号温度升高而增大的特性来测量温度的，温度升高，金属的电阻率变大，总电阻值增加。所以很多导体都可以造成热电阻传感器。最常见的有铂、铜、镍等热电阻传感器。
厚膜及薄膜型铂电阻传感器：
这种铂电阻传感器是通过铂浆技术服务印制的方法在陶瓷基片上经与激光修正后制成的。
它具有快速热响应性能及抗振性，测量精度高，价格比一般温度传感器贵，通常用在测量精度要求较高的场合，使用十分方便。
它有三种精度等级，分别是A级为±0.15℃，B级为±0.3℃，C级为±0.65℃（0℃时的允许误差）；表面绝缘为103MΩ（250V，室温）；热时间常数小于0.1s；温度范围为−70～+600℃；基本电阻间隔为38.5Ω（0～100℃的电阻差值）。
绕丝铂电阻传感器：
这种铂电阻传感器主要用于高精度的温度，是标准测温元件。它具有示值稳定，测量准确度高等优点，使用范围是−200～+850℃。分Pt50（R＝50.00Ω）和Pt100（R＝100.00Ω），铂的纯度可用00W（100）＝R/R来表示，其中R表示在水凝固点（0℃）时的电阻10000值，R代表在水沸点（100℃）时的电阻值。当铂的纯度为10099.9995%时，W（100）＝1.3930。
用直径0.03～0.07（±0.005）mm的铂丝绕在瓷管上，由于铂的电阻大，强度也较大，其传感器可以做得很小。为避免产生磁电效应，可采用双线绕法（无感绕法），这也有利于引线的引出。
对于热电阻的检测，只要在常温下，可用万用表直接测量，其数值与标称值相同即可。与标称值相差太远的不能使用。（2）热敏电阻传感器
热敏电阻传感器是一种对热反应比较敏感，电阻值会随温度的变化而改变的非线性电阻式传感器，它可以直接将温度的变化转变为电信号的变化。
热敏电阻根据其制作的材料、形状、受热方式、温度变化特性的不同而具有多种类型。
制作热敏电阻的材料比较多，有陶瓷、玻璃、塑料、金刚石、单晶半导体等。
如图1-9所示，为一些热敏电阻实物图。图1-10是常见的热敏电阻外形。图1-9 热敏电阻实物图图1-10 常见的热敏电阻外形
热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。
① 正温度系数热敏电阻。
正温度系数热敏电阻也称为PTC型热敏电阻，属于直热式热敏电阻，所谓直热式热敏电阻，是指利用电阻体本身通过电流时产生的热量，从而使电阻值发生变化。正温度系数热敏电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻器。其主要特性是：当温度低于其某一温度时，处于冷阻状态，电阻值很小。而当温度升高，只要超过某一温度，其电35阻率可急剧上升几个数量级（10～10）的倍数，电阻值会随着温度的升高几乎是呈阶跃式的升高。正温度系数热敏电阻温度的变化可以由流过它的电流来获得，也可以由其周围温度变化影响或者两者的出现来获得。
型号识别：
正温度系数热敏电阻型号通常是由六部分组成来表示的，即包含下列内容。
Ⅰ 型号，MZ11A。M表示敏感组件，Z表示正温度系数热敏电阻。
Ⅱ 开关温度，75代表75℃。
Ⅲ 类型代号，S代表微小型，A代表基本型，HV代表高压型。
Ⅳ 额定零功率电阻，采用电阻器的数字标注法表示。
Ⅴ 电阻值允许误差，N代表± 30%，V代表± 25%，M代表± 20%，K代表± 10%，J代表± 5%，X代表其他允许误差。
Ⅵ 引线形状，U代表内弯，S代表直线形，A代表轴弯。
基本参数：
正温度系数热敏电阻有较多的参数，其中额定零功率电阻R25，指环境温度在25℃条件下测得的零功率电阻值。最小电阻Rmin，具有最小的零电阻值。
原理与应用：
正温度系数热敏电阻在常温下，电阻值比较小，只有几欧姆至几十欧姆。当温度超过额定值时，其电阻值在几秒钟内迅速增大至数百欧姆至数千欧姆以上。它在恒温自动控制电路中应用比较广泛，在彩色显像管中进行消磁的电阻也是正温度系数热敏电阻。
② 负温度系数热敏电阻。
负温度系数热敏电阻也称为NTC型热敏电阻。它的电阻值随着温度的升高而降低。利用这一特性可制成测温、温度补偿和控温组件。
负温度系数热敏电阻是使用锰（Mn）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、铝（Al）等金属材料中的3种以上或多种金属氧化物进行粉碎、混合成型并在1200～1500℃高温常压下烧结制成的具有NTC特性的复合氧化物陶瓷。其标称电阻值、材料常数、电阻温度系数等电气特性都可以利用材料的组成变化或烧结温度的不同而任意改变，从而根据需要获得不同的NTC元件。
负温度系数热敏电阻的主要特点是热响应特性好，电阻值高，范围大（100Ω～1MΩ），灵敏度高、分辨率高，稳定性好，体积微型化。
型号识别：
负温度系数热敏电阻型号通常是由五部分组成来表示，即包含下列内容。
Ⅰ 型号，MF54－1。M表示敏感组件，F表示负温度系数热敏电阻。
Ⅱ 传感器封装形式及尺寸，a. 代表环氧树脂包装；b. 代表铝壳、铜壳、不锈钢壳等封装；c. 代表塑料壳封装；d. 代表加固定金属片；e. 代表特殊形式封装。3
Ⅲ 标称电阻值R25，如103=10×10=10000Ω=10kΩ。
Ⅳ 标称电阻值精度，F代表± 1%，G代表± 2%，H代表± 3%，J代表± 5%。
Ⅴ B值（25℃ /50℃，3380即B值为3380kΩ）。
基本参数：
负温度系数热敏电阻有较多的参数，其中我们要特别了解如下。
标称阻值，指环境温度在25℃条件下测得的零功率电阻值。
电阻温度系数，环境温度变化1℃时热敏电阻器电阻值的相对变化量。知道某一个型号热敏电阻器的电阻温度系数后，就可以估算出热敏电阻器在相应温度下的实际电阻值。如MF11型负温度系数热敏电阻器的电阻温度系数为“−（2.73～3.34）%/℃”的含义是，以基准温度25℃为起点，温度每升高1℃，该热敏电阻器的阻值则下降（2.73～3.34）%。
B值范围，是负温度系数电阻器在两个温度下零功率电阻值的自然对数之差与这个温度倒数之差的比值。它反映了两个温度之间的电阻变化。
常用负温度系数热敏电阻的主要参数可见附录A。
原理与应用：
负温度系数热敏电阻在常温下，电阻值比较大，有的达到1MΩ。在温度升高时，电阻值下降，所以负温度系数热敏电阻主要用于湿度检测、温度控制、湿度补偿等，广泛应用在复印机、打印机、空调器等家用电器中。（3）热敏电阻的检测
在常温下（室内温度接近25℃），将万用表拨到欧姆挡（视标称电阻值确定挡位），用鳄鱼夹代替表笔分别夹住热敏电阻的两个引脚，记下此时的阻值，并与标称值对比，两者相差在±2Ω内即为正常；然后用一个热源（如通电的电烙铁）加热热敏电阻，观察万用表读数，此时会看到显示的数据（指针会慢慢移动）随着温度的升高而变化（正温度系数热敏电阻器阻值会增大，负温度系数热敏电阻器阻值会减少）。当阻值改变到一定的数值时，显示数据会（指针）逐渐稳定，此时说明该热敏电阻基本正常；若加热后，阻值无变化，说明其性能不佳。注意不要使热源与热敏电阻靠得过近或者直接接触，以防止将其烫伤。
3）评价
① 热电阻传感器与热敏电阻传感器的区别在什么地方？
② 正温度系数热敏电阻传感器与负温度系数热敏电阻传感器各有什么特点？如何判别正温度系数热敏电阻传感器和负温度系数热敏电阻传感器？
③ 你已经做过热电阻和正、负温度系数传感器相关电路的产品吗？功能效果如何？试简述一下电路的工作过程和传感器的性能作用。
※ 如果您已经做过了电阻式温度传感器中介绍的电路的产品，并且有很好的功能，也了解了相关的传感器的性能和作用，那么您已经完成该部分内容的学习了。2．热电偶温度传感器
热电偶温度传感器是将温度变化转变为微小的电动势变化量，然后经放大后用来控制执行机构，从而达到控制温度的目的。它结构简单，使用方便，精确可靠，温度控制调节范围宽，通常多用于大型自动控制系统中对温度进行检测。
1）应用案例
热电偶温度计电路如图1-11所示。该电路适用于电镀工艺流水线及温度测量范围在0～150℃内的场合。
安装电路注意事项：
① 按图制作线路板后，根据电路图检查线路有无开路或短路；
② 必须要有合适电路的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；
③ 配置热电偶传感器的质量是电路工作和功能准确的关键，可以选择不同的热电偶；
④ 要按装配工艺要求进行焊接和安装；
⑤ 要配置合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；
⑥ 测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用：
电路由J型热电偶，具有基准点补偿功能的热电偶放大集成电路IC2 AD594（它适用于各种型号的热电偶），还有IC1的ICL7107COL驱动显示电路，显示温度是由数码管TLR325组成的电路。而且可以利用AD594内部的热电偶断线检测电路，三极管 VT1及外围元器件组成的热电偶断线报警电路。图1-11 热电偶温度计电路
热电偶温度计电路线路板如图1-12所示。图1-12 热电偶温度计电路线路板
电路工作过程：
在图1-12中，热电偶的一对末端点作为热电偶的连接点，分别接在IC2 AD594的“14”脚和“1”脚，这也是AD594的补偿接点。接点与AD594保持相同的温度。热电偶的温度每变化1℃，AD594集成电路的“9”脚有10mV电压输出，该电压经电阻R10加到数字显示电路的ICL7 107的“31”脚，它把输入的电压信号模拟量转换成数字量，经内部译码后输出驱动控制信号驱动数码管TLR325，数码管显示的数字就是当前检测到的温度。
在热电偶正常工作时，AD594的“12”脚输出高电平，经IC3 7404反相后输出低电平，所以三极管VT1 8050截止，蜂鸣器BELL不响。当热电偶的引线断开时，AD594的“12”脚变为低电平，通过7404反相器，三极管8050导通，使蜂鸣器BELL发出报警声音。
2）知识链接──热电偶传感器
热电偶作为传感器的测温元件，由仪表测量热电偶的温度相对应的热电动势。所谓的热电动势是指两种不同的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应，产生的电动势称为热电动势，如图1-13所示。图1-14所示为常用的热电偶实物图。图1-13 热电偶工作状态图1-14 热电偶实物图
由两种导体组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶温度传感器。如图1-13中A 和B称为热电极，两个接点温度高的一端称热端或测量端，另一端则称冷端或参考端。热电动势的大小与两种导体材料的性质及接点温度有关。由于在使用热电偶传感器时，参考端的温度需要保持不变，这样才能准确地在热端测量温度。所以在实际使用热电偶测量温度时，要采取措施对热电偶进行温度补偿。
3）评价
① 是什么原因使热电偶能够对温度进行量度？
② 调整RP1电位器时，电路有什么变化？
③ 你已经做过热电偶传感器相关电路的产品吗？功能效果如何？试简述一下电路的工作过程和传感器的性能作用。
※ 如果您已经做过了热电偶传感器中介绍的电路的产品，并且有很好的功能，也了解了相关的传感器的性能和作用，那么您已经完成该部分内容的学习了。3．集成温度传感器
集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用半导体PN结的电流和电压特性与温度的关系，把感温元件（半导体PN结）与有关的电子电路集成在很小的硅片上封装而成的。其具有体积小、线性好、反应灵敏、价格低、抗干扰能力强等优点。
集成温度传感器又分为模拟输出和数字输出两种，它们的性能如表1-3所示。表1-3 模拟输出和数字输出集成温度传感器的性能
1）应用案例（1）模拟集成温度传感器LM35在恒温电路中的应用
模拟集成温度传感器应用广泛，可以用做温度探测、控制等，下面介绍使用模拟集成温度传感器LM35的恒温控制电路如图1-15所示。图1-15 模拟集成温度传感器LM35在恒温电路中的应用
模拟集成温度传感器LM35在恒温电路线路板的应用如图1-16所示。图1-16 集成温度传感器LM35在恒温电路中应用的线路板
安装电路注意事项：
① 制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
② 必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数。如图1-16所示，要调整RP3电位器使温度显示为零（要把短路跳线取出）；
③ 配置温度传感器LM35的质量是电路工作和功能准确的关键，并把温度传感器LM35放置在发热元件R7中；
④ 要按装配工艺要求进行焊接和安装；
⑤ 要配置合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；
⑥ 测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
按图1-16所示电路制作线路板，安装元器件及部件后正确进行调试。在恒温电路开始工作后，观察发光二极管VL熄灭时、VL重亮时及数码管显示最高值时，数码管显示的数值并记录在表1-4中。表1-4 恒温范围内的数据记录
根据表1-4中的数据，在坐标轴上简单画出温控变化曲线，如图1-17所示。图1-17 电路的温度控制变化曲线
电路组成和功能作用：
电路发热器R7、温度传感器IC1 LM35、比较器集成电路IC2 OP07和继电器电路组成恒温电路，另外由IC4 ICL7107及四只数码显示管SH1～SH4组成显示电路。该电路可作室内恒温控制使用。
电路工作过程：
首先对电路进行调整：连接电源，调节电位器RP3，使数码显示管SH1～SH4显示“+50.0”。把开关S拨到“1”的位置，把短路跳线J的短路线断开，调节电位器RP1和RP2，使开关的“1”脚电压为450mV，此时把恒温温度设置在50℃。把短路跳线J接上，并把开关S拨到“2”位置，恒温电路开始工作。
把开关3拨到“2”位置后，接通电源，由于环境温度比设定温度要低，此时电阻R7（模拟发热器件）发热，温度升高，为了使实验节省时间，把温度传感器IC1 LM35安装在R7里面，此时温度检测器IC2检测到的温度信号通过开关S送入IC4 ICL7107，由IC4把数据提供给数码显示管SH1～SH4显示；另一路信号通过电阻R3送到比较器IC2 OP07的“3”脚，当温度上升至50℃时，IC2的“3”脚电位比“2”脚高，从“6”脚输出高电平信号，稳压二极管VZ2被反向击穿，三极管VT1导通，继电器JK吸合，发光二极管VL点亮，表示恒温开始，同时继电器JK的常闭触点断开，电路也停止给电阻R7供电，R7停止发热。但由于余热关系，温度可能还会上升。但过一段时间后，R7的温度便会慢慢降下来，待IC1 LM35检测到温度低于50℃时，便出现IC2的“3”脚电位比“2”脚低，“6”脚输出低电平信号，VT1截止，继电器JK释放，发光二极管VL熄灭，R7重新加热，如此循环，达到了恒温的作用。（2）数字集成温度传感器DS18B20在测温电路中的应用
同样，数字集成温度传感器应用也非常广泛，主要应用在测量温度和控制温度等方面，图1-18所示是数字集成温度控制器DS18B20在测温电路中的应用。
数字集成温度传感器DS18B20测温电路线路板如图1-19所示。
按图1-18所示电路制作线路板，根据图1-19所示元器件的参数，正确安装元器件及部件后进行调试。图1-18 数字集成温度传感器DS18B20在测温电路中的应用
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