电子体温计的研制 3
图1-1 电子体温计的设计方案系统框图
图1-2作者搭建的电子体温计的电路
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2 测温电路的设计
2.1 温度传感器的介绍
为了尽量多学习到更多的知识，本课题同时采用了两种温度传感器：LM35以及NTC热敏电阻，设计了两个不同的电路。用同一块单片机分别测量它们的输出，用两套程序来进行计算，用同一个液晶屏分时显示这两个不同的传感器测量到的温度。
因为1602LCD显示屏可以显示两行，一行显示的是体温，一行显示的是室温。还可以设计出不同的组合。在实际应用中，当然不会同时采用两种传感器。
LM35是National Semiconductor公司生产的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式2-1所示，0时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。LM35 有多种不同封装型式，外观如图所示。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到 ±1/4℃的准确率。 其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系如图 所示，在静止温度中自热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4~20V的供电电压范围内正常工作非常省电[3]。
Uout_LM35(T)=10mV/℃×T （2-1）
LM35系列是精密集成电路温度传感器，它的输出电压与摄氏温度成线性比例。LM35无需外部标准或微调来提供（20±0.25）℃的常用的室温精度，在-55～+150℃温度范围内的误差为±0.75℃，我们把利用LM35做成的温度传感器放在带有冰水的烧杯里加热，一直到水烧开，实验采用摄氏温度直接校准方式，由于受当地大气压的影响，所得的数据结果如表1所示。
表2-1 温度传感器实验数据
t(℃) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 V(mV) 70 93 100 110 121 129 134 144 152 165 180 194 t(℃) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 V(mV) 208 218 227 241 257 265 276 290 300 306 315 324 t(℃) 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 V(mV) 333 343 352 360 372 382 391 401 411 423 432 442 电子体温计的研制 5
从实验结果可以看出，LM35温度传感器具有较好的线性的温度特性，特别是在30℃以上范围内，其电压-温度基本上呈线性特性，因为人体的体温范围在35～43℃内，这就为制作数字温度计提供了理论和实验基础[4]。
图2-1 LM35的温度特性曲线
图2-2 TO-92封装引脚图 图2-3 SO-8 IC式封装引脚图
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图2-4 TO-46金属罐形封装引脚图
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图2-5 TO-220 塑料封装引脚图
图2-6单电源模式 图2-7正负双电源模式
表2-2 封装形式与型号关系
封装 TO-46金属罐形封装引脚图 TO-220 塑料封装引脚图 TO-92封装引脚图 SO-8 IC式封装引脚图 2.1.1热敏电阻的类型及特性
型号 LM35H，LM35AH，LM35CH，LM35CAH，LM35DH LM35DT LM35CZ，LM35CAZ LM35DZ LM35DM 热敏电阻是利用半导体的阻值随温度变化这一热性而制成的，分为NTC（负温度系数）热敏电阻、PTC(正温度系数)热敏电阻两大类。PTC热敏电阻电阻值随温度的升高而增大，NTC热敏电阻电阻值随温度的升高而降低[5]。
正温度系数热敏电阻其电阻值随着PTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的增加，温度越高，电阻值越大。
负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小，温度越高，电阻值越小。
NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的NTC是指负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻。
NTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的减小。
NTC热敏电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而
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成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低[6]。
NTC热敏电阻根据其用途的不同分为：功率型NTC热敏电阻、补偿型NTC热敏电阻、测温型NTC热敏电阻。
PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。
PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。
PTC热敏电阻根据其材质的不同分为：陶瓷PTC热敏电阻、有机高分子PTC热敏电阻。
PTC热敏电阻根据其用途的不同分为：自动消磁用PTC热敏电阻、延时启动用PTC热敏电阻、恒温加热用PTC热敏电阻、过载保护用PTC热敏电阻、过热保护用PTC热敏电阻。
NTC热敏电阻的测温范围：低温型号为-100～0℃，中温型号为-50～+300℃，高温型号为+200～+800℃，主要材料为Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Al等，用于温度测量、温度补偿和电流限制等。
PTC热敏电阻的测温范围为-50～+150℃主要材料有BaTiO3等，用于温度开关、恒温控制和防止冲击电流等。
热敏电阻有如下优点：对于温度的变化，其阻值变化较大，即输出灵敏度高；便于大批量生产，因而价格便宜；体积小而且坚固；由于灵敏度高，因而信号处理非常方便。缺点是非线性、测温范围窄、互换性差等。