一种低成本高精度温度测量电路

　　在现代工农业生产过程中，环境温度的测量和控制是极为普遍和重要的。为了提高生产效率，降低生产成本，寻求性能可靠价格低廉，且应用广泛的元器件是生产过程的首选。本测量仪就是采用极为普遍的晶体管3DG6作为温度传感器，廉价的电压/频率转换器(V/F)LM331与AT89C2051单片机组成的温度测量仪。它具有成本低，调校简便，自动补偿，测量精度高的特点。

　　半导体理论和实验证明，在 -50℃～+150℃ 的范围内，当发射结正偏时，不管集电结反偏还是零偏，在一定的集电极电流形式下，NPN硅晶体管的基极-发射极正向电压UBE随温度T的增加而减小。并有良好的线性关系，其电压温度系数约-2.1mv/℃。因此，晶体管3DG6不但可以作为通常的电子器件使用，而且也是一种价格低廉，取材方便，性能良好的温度传感器。

　　测量与放大电路
　　用3DG6作为温度传感器，LM324运算放大器构成的测量放大电路见图1。晶体管3DG6置于测温现场其接成基极与集电极短路即发射结正偏，集电结零偏作为二极管使用来用作温度传感器，电源通过电阻R1(100K)向3DG6提供约45mA的集电极电流。其UBE连接到LM324的同相端，R1，R2，R3，R4均为普通金属膜电阻，选R2=R3则放大器输出U0≈2UBE。本仪器用2片LM324可同时检测7路输入信号。

图1 测量放大电路

图2 检测与处理电路

　　检测与处理电路
　　检测与处理电路见图2。图2中4051为八选一模拟开关，其输入I0~I6为温度检测输入，I7为自动补偿输入。放大器LM324接成跟随放器，其输入为LM331芯片2引脚输出的VREF电压。LM331为电压/频率转换器(V/F)，其输出经74LS74分频后连到单片机AT89C2051的P3.2端，由单片机检测脉冲宽度并通过运算得出对应温度值。AT24C02为串行I2C总线EEPROM电路，用来存放调校时两基准温度值所对应的脉冲宽度和LM331基准电压VREF所对应的脉冲宽度。

　　电压/频率转换器LM331是单片集成V/F高精度电路，内部由开关电流源，输入比较器和单脉冲定时器等部分组成，配以必要的外接电阻和电容就组成基本的电压/频率转换器，当外接阻容元件一定时，LM331的输出频率与输入电压成正比关系。

　　图2中，单片机和AT24C02的使用使得本测温仪具有调校简便和自动补偿功能。在调校时，先将3DG6置于0℃冰水混合物中，通过一定的操作，单片机将测的脉冲宽度T0记录下来并存于AT24C02中。然后再将3DG6置于100℃的液体介质中，再通过一定的操作，单片机将测的脉冲宽度T100记录下来也存于AT24C02中。在这两次测量中，单片机同时测量LM331的2引脚输出的基准电压VREF经跟随器LM324和4051后，又送到LM331的7引脚由LM331将在当前电路参数条件下的VREF所对应的脉冲宽度TREF值也记录于AT24C02中。

　　调校与自动补偿
　　由于F=1/T,则可得出每单位(0.1℃)温度的变化与脉冲宽度的关系。设当温度为t 时，测得的脉冲宽度为Tt，只要单片机测到Tt，就可通过计算得出温度值。而且通过这种方法进行测量，不需要调整放大器的放大倍数，也不需要调整LM331外接阻容器件参数，更不需要调整LM331的输入电压与输出频率的对应值。因此说本测温仪调校简便。频率不仅与输入电压有关，而且与LM331的外接阻容元件有关，因而LM331外接阻容元件的精度及参数的稳定性直接影响测量精度，另外测量精度还与运放的性能有关，为了克服这种对元件及运放要求高的缺点，本测温仪采用自动补偿。具体方法是利用LM331的2引脚输出的稳定基准电压经LM324跟随输出到4051的I7再经LM331将此电压转换为频率。由单片机测量出对应的脉冲宽度Tvt，此脉冲宽度就是当前时刻所有电路参数所对应的值。因在调校时所有电路参数所对应的基准电压的脉冲宽度为TREF。根据TREF和Tvt再修正调校时所测得的T100和T0

　　结语
　　本测温仪均采用普通器件，在不需要复杂调试的情况下，只需本仪器本身的操作按键和数码显示管就可进行调校(即标定)。具有低成本，测量精度高的特点。其测量精度经法定计量单位检测，在-15℃~100℃范围内的误差为±0.1℃。