溫度傳感器應用電路（二）

PN結溫度傳感器

應用電路(二)
下面我們來(lái)看看利用不帶A/D轉換器的單片機實(shí)現測溫的應用電路。

這里我們選用內帶一個(gè)模擬比較放大器的AT89C2051單片機來(lái)實(shí)現這一功能，AT89C2051是一片ATMEL公司推出的兼容C51的8位單片機，內帶2k的Flash程序存儲器，128字節的內部RAM,具有15個(gè)I/O口，6個(gè)中斷源，只有20個(gè)引腳，價(jià)格也相當便宜，可謂價(jià)廉物美的單片機。詳細的資料可參見(jiàn)本網(wǎng)站的“ATMEL單片機”中的AT89C2051。其中內含一個(gè)模擬比較放大器，P1.0是比較放大器的同相輸入端，P1.1是比較放大器的反相輸入端，這兩個(gè)輸入輸出口內部并沒(méi)有上拉電阻，比較放大器的輸出端連至P3.6，也沒(méi)有引出，但可用指令訪(fǎng)問(wèn)該引腳。

在該單片機外接RC元件即可構成簡(jiǎn)單的，低精度的A/D轉換電路，電路如圖3所示，P1.0（同相端）接上RC充放電阻和電容，P1.1（反相端）作為外部被測溫度電壓的輸入端，作為PN結溫度傳感器，本身輸出電壓較低，可參照上一節我們給出的放大電路，溫度傳感電壓經(jīng)放大后再引至單片機的輸入端。P1.2充放電控制端通過(guò)一個(gè)數kΩ的電阻接正電源Vcc，因為R1遠小于R2，可以認為在P1.2輸出邏輯高電平時(shí)，電壓是相當接近Vcc高電平的。

電路工作過(guò)程如下：程序開(kāi)始時(shí)，先置P1.2為邏輯低電平，并延時(shí)一小段時(shí)間，使P1.2為低電平，電容C經(jīng)R2放完電，此時(shí)，P1.0=0V，而P1.1>0V,比較放大器輸出“0”電平，接著(zhù)置P1.2為高電平，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計時(shí)，當電容C上的電壓Vc充到Vc=Vx時(shí)，P1.0與P1.1的電位相等，比較放大器的同相端和反相端電平相等時(shí)，輸出端P3.6輸出高電平，當掃描查詢(xún)到P3.6為高電平時(shí)即停止計時(shí)，那么只要測得開(kāi)始對電容充電到P3.6輸出高電平的時(shí)間，通過(guò)換算即可得到外部被測溫度電壓的值。

這里需要指出，從圖4中我們可以看到，電容器的充電過(guò)程并非線(xiàn)性，其充電過(guò)程可以描述為：

這個(gè)非線(xiàn)性特性，我們在單片機編程時(shí)，可以通過(guò)補償和校正的方法加以解決，最常用的方法也是最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)查表的辦法進(jìn)行修正。這樣便可滿(mǎn)足一種低精度簡(jiǎn)易的溫度測量要求。

電阻應變片力傳感器

力學(xué)傳感器是將各種力學(xué)量轉換為電信號的器件，力學(xué)量可分為幾何學(xué)量、運動(dòng)學(xué)量及力學(xué)量三部分，其中幾何學(xué)量指的是位移、形變、尺寸等，運動(dòng)學(xué)量是指幾何學(xué)量的時(shí)間函數，如速度、加速度等。力學(xué)量包括質(zhì)量、力、力矩、壓力、應力等。根據被測力學(xué)的不同，這里我們首先要介紹的是應用最為廣泛的應變式壓力傳感器，在以后的網(wǎng)頁(yè)中，我們將逐步介紹其它類(lèi)型的力學(xué)傳感器。

力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線(xiàn)性特性。下面我們主要介紹這類(lèi)傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時(shí)，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過(guò)后續的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。

金屬電阻應變片的內部結構

如圖1所示，是電阻應變片的結構示意圖，它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線(xiàn)等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動(dòng)電流太大，同時(shí)應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，