數(shù)顯溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作

一、測(cè)溫探頭的工作原理

　　如圖所示的電路中，電阻R1-R3二極管V1-V3,三極管V1構(gòu)成溫度傳感器電路。其中，VD1,VD2串接作為測(cè)溫探頭，R1-R3、VD3、V1構(gòu)成恒流源電路，給測(cè)溫探頭提供恒定的正向電流。

　　大家知道，半導(dǎo)體二極管的正向電壓降取決于正向電流的大小和溫度，當(dāng)正向電流一定時(shí)，正向壓降隨溫度的升高而下降。對(duì)于普通的硅二極管1N4148而言，具有約-2.1mV/℃的溫度系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)1N4148串接時(shí)，總的正向壓降與溫度的關(guān)系約為-4.2mV/℃。理論和實(shí)降都已證明，在-50℃～+150℃的范圍內(nèi)，二極管的測(cè)溫精度可達(dá)±0.1℃。與其它溫度傳感器相比，二極管的溫度傳感器具有靈敏度高、線性好、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。而且當(dāng)二極管的正向電流和溫度一定的情況下，其正向壓降是非常穩(wěn)定的。

　　二、測(cè)溫顯示原理

　　測(cè)量探頭把待測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓后，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)溫度的數(shù)字顯示，就必須有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。在本電路中，是以Motorola公司生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433為核心。

　　MC14433是單片CMOS3 1/2雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度高達(dá)±0.05%±1字;轉(zhuǎn)換速率為2-25次/秒;輸入阻抗大于1000M歐;外圍元件少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;量程為1.999V和199.9mV兩檔;輸出8421BCD代碼，經(jīng)譯碼后實(shí)際LED動(dòng)態(tài)掃描顯示。MC14433的第2腳為外接基準(zhǔn)電壓Vref輸入端;第3 腳為被測(cè)電壓Vin輸入端;第1腳為模擬地，此端為高阻輸入端，是被測(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓的地;第15腳為過(guò)量程輸出標(biāo)志端OR，平時(shí)OR為高電平，當(dāng)|Vin|>Vref 即超過(guò)量程時(shí)，OR為低電平。被測(cè)電壓Vin與其準(zhǔn)電壓Vin與基準(zhǔn)電壓Vref成下列比例關(guān)系(當(dāng)小數(shù)點(diǎn)定位于4個(gè)LED數(shù)碼管的十位數(shù)時(shí))：

　　輸出讀數(shù)=Vin/Vref×199.9

　　因?yàn)镸C14433以掃描方式輸出數(shù)據(jù)，所以只需要用一個(gè)譯碼器就能驅(qū)動(dòng)4只共陰極LED數(shù)碼管，其中千位數(shù)的數(shù)碼管只接“b、c”兩段。4個(gè)LED數(shù)碼管的公共陰級(jí)分別由MC1413中的4個(gè)達(dá)林頓復(fù)合晶體管驅(qū)動(dòng)。

　　負(fù)號(hào)由千位數(shù)的LED數(shù)碼管“g段”來(lái)顯示，顯示負(fù)號(hào)的“g段”由MC14433的Q2控制，當(dāng)輸入負(fù)電壓時(shí)(對(duì)應(yīng)溫度為0℃以下)，Q2=“0”，顯示負(fù)號(hào)的“g段”通過(guò)R15歐電阻點(diǎn)亮;當(dāng)輸入正電壓時(shí)(對(duì)應(yīng)溫度為0℃以上)，Q2=“1”使MC1413的另一個(gè)達(dá)林頓復(fù)合晶體管把流過(guò)R15的電流旁路到地，使顯示負(fù)號(hào)的“g段”熄滅。

　　小數(shù)點(diǎn)固定在十位數(shù)的LED數(shù)碼管，通過(guò)R16給小數(shù)點(diǎn)“dp”提供電流，使小數(shù)點(diǎn)“dp”點(diǎn)亮。

　　三、調(diào)試

　　調(diào)試前先準(zhǔn)好0℃冰水各100℃的沸水。

　　調(diào)試方法如下：

　　1,將調(diào)沸點(diǎn)的電位器調(diào)最上端，使Vref為最高電壓，把二極管測(cè)溫探頭置于0℃的冰水中，調(diào)節(jié)調(diào)沸冰點(diǎn)電位器，使四只LED數(shù)碼管顯示的讀數(shù)為“00.0”

　　2,將二極管測(cè)溫探頭置于100℃的沸水中，調(diào)節(jié)調(diào)點(diǎn)電位器，使得四只LED數(shù)碼管顯示的讀數(shù)為“100.0”，且MC14433的第15腳的0R為高電平。

　　經(jīng)過(guò)上述調(diào)試后，該數(shù)顯溫度計(jì)就可以正常工作了，其測(cè)溫范圍是-50℃～150℃.。該數(shù)顯溫度計(jì)的測(cè)溫范圍僅受二極管測(cè)溫探頭的限制，若改用其它的溫度傳感器，則無(wú)需變動(dòng)附圖所示電路的其他部分，就可獲得不同測(cè)溫范圍的數(shù)顯溫度計(jì)。