數顯溫度計的設計與制作

一、測溫探頭的工作原理

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

　　大家知道，半導體二極管的正向電壓降取決于正向電流的大小和溫度，當正向電流一定時，正向壓降隨溫度的升高而下降。對于普通的硅二極管1N4148而言，具有約-2.1mV/℃的溫度系數，當兩個1N4148串接時，總的正向壓降與溫度的關系約為-4.2mV/℃。理論和實降都已證明，在-50℃～+150℃的范圍內，二極管的測溫精度可達±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、簡便的特點。而且當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定的。

　　二、測溫顯示原理

　　測量探頭把待測溫度轉換為相應的電壓后，因為要實現溫度的數字顯示，就必須有模擬/數字轉換裝置。在本電路中，是以Motorola公司生產的A/D轉換器MC14433為核心。

　　MC14433是單片CMOS3 1/2雙積分型A/D轉換器，該A/D轉換器的轉換精度高達±0.05%±1字;轉換速率為2-25次/秒;輸入阻抗大于1000M歐;外圍元件少，電路結構簡單;量程為1.999V和199.9mV兩檔;輸出8421BCD代碼，經譯碼后實際LED動態掃描顯示。MC14433的第2腳為外接基準電壓Vref輸入端;第3 腳為被測電壓Vin輸入端;第1腳為模擬地，此端為高阻輸入端，是被測電壓和基準電壓的地;第15腳為過量程輸出標志端OR，平時OR為高電平，當|Vin|>Vref 即超過量程時，OR為低電平。被測電壓Vin與其準電壓Vin與基準電壓Vref成下列比例關系(當小數點定位于4個LED數碼管的十位數時)：

　　輸出讀數=Vin/Vref×199.9

　　因為MC14433以掃描方式輸出數據，所以只需要用一個譯碼器就能驅動4只共陰極LED數碼管，其中千位數的數碼管只接“b、c”兩段。4個LED數碼管的公共陰級分別由MC1413中的4個達林頓復合晶體管驅動。

　　負號由千位數的LED數碼管“g段”來顯示，顯示負號的“g段”由MC14433的Q2控制，當輸入負電壓時(對應溫度為0℃以下)，Q2=“0”，顯示負號的“g段”通過R15歐電阻點亮;當輸入正電壓時(對應溫度為0℃以上)，Q2=“1”使MC1413的另一個達林頓復合晶體管把流過R15的電流旁路到地，使顯示負號的“g段”熄滅。

　　小數點固定在十位數的LED數碼管，通過R16給小數點“dp”提供電流，使小數點“dp”點亮。

　　三、調試

　　調試前先準好0℃冰水各100℃的沸水。

　　調試方法如下：

　　1,將調沸點的電位器調最上端，使Vref為最高電壓，把二極管測溫探頭置于0℃的冰水中，調節調沸冰點電位器，使四只LED數碼管顯示的讀數為“00.0”

　　2,將二極管測溫探頭置于100℃的沸水中，調節調點電位器，使得四只LED數碼管顯示的讀數為“100.0”，且MC14433的第15腳的0R為高電平。

　　經過上述調試后，該數顯溫度計就可以正常工作了，其測溫范圍是-50℃～150℃.。該數顯溫度計的測溫范圍僅受二極管測溫探頭的限制，若改用其它的溫度傳感器，則無需變動附圖所示電路的其他部分，就可獲得不同測溫范圍的數顯溫度計。