使用二極管進行測溫的原理

溫度是表示物體或環(huán)境冷熱程度的一種物理量，而溫度傳感器是一種能將溫度變化轉(zhuǎn)換成電量變化的元器件。本文主要介紹二極管應(yīng)用于溫度傳感器中的原理。
溫度是表示物體或環(huán)境冷熱程度的一種物理量，而溫度傳感器是一種能將溫度變化轉(zhuǎn)換成電量變化的元器件。本文主要介紹二極管應(yīng)用于溫度傳感器中的原理。

二極管具有單向?qū)ㄌ匦?，一般用作整流、控制電流流向等，但二極管也可用作溫度傳感器，可以先在面包板上搭一個簡單電路，用1V擋(指針式)或2V檔(數(shù)字式)電壓表測二極管的正向降壓。再用點燃的火柴或打火機靠近二極管一下，你會發(fā)現(xiàn)二極管的管壓降快速下降，火源離開后又逐漸恢復(fù)到原來的數(shù)值；若再用一小塊冰(用布包著)或一小塊冰凍的食物放在二極管上，你會發(fā)現(xiàn)管壓降會增加，冰塊拿走后，管壓降漸恢復(fù)到原來的數(shù)值。

實驗時要注意：火柴或打火機的火焰不能直接燒二極管(只能靠近)，否則火焰的溫度太高會把二極管燒壞!另外，冰塊要挨上二極管的玻璃外殼，但不要將二極管兩個引腳同時都碰上(避免水將兩引腳“短接”)。

這簡單的實驗告訴我們：二極管對溫度十分敏感，溫度的變化將改變它的管壓降。溫度上升時管壓降減??；溫度下降時管壓降增加。

下面我們進一步來做一個溫度與管壓降之間的定量關(guān)系實驗。

我們已知在海平面一個大氣壓的條件下，水的沸騰溫度為100℃；在冰與水共溶的條件下其溫度為0℃。在沿海一帶或海拔不高的地區(qū)可以認(rèn)為沸騰的水是100℃(誤差不大)。

上述100℃及0℃兩個溫度值作為標(biāo)準(zhǔn)溫度來標(biāo)定溫度與管壓降之間的定量關(guān)系，即確定二極管的測溫靈敏度。用軟導(dǎo)線將二極管( 1N4148)焊好，放入塑料袋內(nèi)(要求不漏水)，然后放入沸騰的水中，5分鐘后測二極管管壓降VF(100℃)(要注意：塑料袋小的為好，并且盡可能減少袋中的空氣)，并將VF(100℃)的值記下。將帶二極管的塑料袋放入冰與水共溶體(碎冰要占大部分容積)，5分鐘后測其管壓降 VF(0℃)的值，并記下。

按下式可求出二極管的平均測溫靈敏度：

平均靈敏度=[VF(100℃)-VF(0℃)]/100℃

二極管(1N4148)的平均靈敏度約為－2mV/℃。由于它的線性度相當(dāng)好，所以平均靈敏度可看作二極管的測溫靈敏度。即溫度每上升1℃時，管壓降下降了2mV左右(所以加一個負號)。

二極管雖然可以檢測溫度并輸出相應(yīng)的電壓，但要作為一個溫度計還需要測量電路、放大電路及指示表頭。

測溫專用二極管MTS－102

MTS－102是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一種溫度傳感器。它是一種專用于測溫的硅NPN三極管，將c、e短接形成一個二極管，其管壓降(Vbe)受環(huán)境溫度變化而變化，其靈敏度約為－2.3mV/℃。它與一般二極管不同之處是，靈敏度的一致性好，即每一個MTS－102的靈敏度相差較小，其精確值為－2.265 mV/℃，而不同的1N4148其靈敏度差別較大；線性度好(在0～100℃溫度范圍內(nèi)最大非線性誤差±2℃)；工作電流在0.1mA時，25℃時的 Vbe為595 mV。

MTS－102的外形與一般塑封三極管(TO－G2)封裝一樣，其管腳排列與9013相同。使用時要將c與b短接。如果沒有MTS－102，可用9013代替，用法完全相同。

可以用MTS－102代替1N4148來作一個新的電子溫度計，應(yīng)該說用MTS－102作的溫度計性能要好一些。