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单片机与传感器
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4.0V~5.5V 。使用 DIP40 封装便于更换芯片及仿真。并设计有在系统下载设计接口，，无需把单片机从电路上取下。 该模块上还放有串行通信接口，该接口已经加入升压电路，可以直接与计算机通信，飞利浦单片机和宏晶单片机也可以通过此口进行程序...
隔离。该驱动电路结构简单，性能可靠。 旋转杆的控制设计 　　虽然单片机可以控制直流电机的减速，但直流电机在具体运行中仍存在一定惯性。为了能够使旋转杆送入的空碗正对着出饭口，此系统在旋转杆底部增加了发射取样式红外线对管ST188作为寻点传感器...
如图所示为单片加速度传感器MMA1220D与单片机的接口电路。所用单片机内部带A／D转换器，可选用Microchip公司生产的带A／D转换器的PIC系列单片机。MMA1220D的状态端和自检端分别接μC的P1、P0端口，其输出电压送至A...
检测模块 　　根据白纸和黑线反射系数不同，通过以光电传感器为核心的光电检测电路将路面两种颜色进行区分，转化为不同电平信号，将此电平信号送单片机，由单片机控制转向电机作相应的转向，保证小车沿引导线行驶。考虑到小车与路面的相对位置，采用反射式...
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基于单片机及传感器的机器人设计与实现　 1 　　机器人技术是融合了机械、电子、传感器、计算机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。一些发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育的战略手段。如日本每年都要举行诸如“NHK杯...
电平信号，将此电平信号送单片机，由单片机控制转向电机作相应的转向，保证小车沿引导线行驶。考虑到小车与路面的相对位置，采用反射式光电检测电路。 　　红外光电传感器TCRT1000，它是一种光电子扫描，光电二极管发射，三极管接收并输出的装置...
　　ad741x与单片机的接口实例硬件原理图见图4，同时安装了三片数字温度传感器:ad7414、ad7416、ad7814，软件轮流显示各器件所测得的环境温度，并模拟oti输出，用led指示。现作如下几点说明: 　　(1) 各器件的地址不同...
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温度传感器专题--资料和实例大全 温度传感器专题 资料和实例大全集成温度传感器 LM94022 及其应用 LM94022 是一种模拟输出的集成温度传感器， 主要应用于手机、 无线收发器、电池管理、汽车、办公室设备及家用电器等。该传感器主要特点包括工作电压低，可在 1.5V 电压下工作；工作电压范围宽―1.5～5.5V；末级为推挽输出，有±50?A 输出电流的能力；有四种灵敏度 供用户选择；测量范围为- 50～+150℃；静态电流低，典型值为 5.4?A；精度（与测量范围有关）：20～ 40℃为 ±1.5℃；-70～-50℃为±1.8℃；-50～90℃为±2.1℃；-50～150℃为±2.7℃；采用小尺寸 SO70 封装。 管脚排列与功能 LM94022 的管脚排列如图 1 所示，各管脚功能如表 1 所示。w1.gifw2.gif 表 1 LM94022 管脚功能 灵敏度选择端 GS0 及 GS1 LM94022 根据 GS0、 GS1 被施加的不同电平有 4 种灵敏度供用户选择，如表 2 所示。用户可根据测温的范围及接口电路的工作电压的条件来合理选择。灵 敏度由 GS0 及 GS1 的电平确定：高电平要求大于（VDD-0.5V）；低电平要求小于 0.5V。w5.gif 表 2 LM94022 提供的 4 种灵敏度 （典型值） LM94022 的输出特性 LM94022 的输出特性如图 2 所示， 这是测量温度与输出电压在不同灵敏度时的特性。由于输出电压随温度升高而下降，其灵敏度为负值。在 VDD 为 5V 时，不同灵敏度的几个特定温度值时的输出电压如表 3 所示（典型值）。w4.gif [attach]14106[/attach] 表 3 VDD 为 5V， 为 25℃时的输出电压值 从图 2 可看出， TA 其线性度极好， 这是线性化后的特性。按表 3 的数据计算出的灵敏度值与表 2 给出的典型灵敏度有一些差值。例如，在 GS=00 时，-25℃时的输出电压为 1168mV，-50℃时的输出电压为 1299mV，则其平均灵敏度为 -5.24mV/℃；50℃时的输出电压为 760mV，75℃时的输出电压为 619mV，则其平均灵敏度为 5.64mV/℃。表 2 中 GS=00 时，灵敏度为-5.5mV/℃。 基本应用电路 图 3 是 LM94022 的基本应用 电路。在此电路中，GS0、GS1 都接地（低电平），所以灵敏度选择的是-5.5mV/℃。LM94022 一般用 作精度要求不高的温度测量及控制，其输出端往往与比较器或微控制器等接口。 若温度传感器与控制电路 距离较远时，连接线应采用屏蔽线。w6.gif 接电容负载的电路如图 4 及图 5 所示。图 4 与图 5 的差别是负载电容容量不同：当负载电容 CLOAD&1100pF 时，用图 4 电路，当 CLOAD&1100pF 时，用图 5 电路。图 5 中 RS 值与 CLOAD 大 小有关，如表 4 所示。图 4 及图 5 中均未画出确定灵敏度的 GS0 及 GS1 端的连接。w7.gifw8.gifw9.gif 当 LM94022 直接与 ADC（或微处理器中的 ADC）接口时，开始工作时，LM94022 的推挽输出端能向 ADC 中的 Cin 充电，如图 6 所示。w10.gif 应用电路举例 1 增加关闭控制功能的电路 LM94022 是低功耗器件，为实现多路温度测量，可采用关闭 控制，在断开 VDD 时，OUT 端呈高阻抗。可以在 LM94022 的 VDD 端接一个反相器（见图 7）或接一 个两输入与门来实现关闭（见图 8）。两者的区别是，前者施加高电平时实现关闭；后者是施加低电平时 实现关闭。w11.gifw12.gifw13.gif 2 数字显示温度计 图 9 是一种数字温度计，其测量温度范围-40～+125℃。LM94022 检测的温度转换 成模拟信号电压输出，其输出电压直接与带有 ADC 的微处理器接口，往 ADC 变换后的数字信号由微处理 器进行处理后转换成相应的七段码，送温度显示（数码管），若采用微处理器对传感器作软件线性补偿， 可提高测温精度。数字键出可输入报警温度给微处理器，若检测到的温度超过报警温度时，微处理器输出 信号，使报警电路发出声、光报警。微处理器的 I/O 口还可输出开关控制信号，对温度实现简单的开关控 制（这部分在图 9 中未画出）。w14.gif 3 简易的超过阈值温度报警电路 图 10 是一种简易的超过阈值温度报警电路。该电路由温度传感器、比较 器、4.1V 基准电压源、三极管、蜂鸣器及电阻 R1～R5 等组成。 电路的工作原理：若 LM94022 温度传 感器的灵敏度已设定，则设定的阈值温度 TTH 对应的电压值 VT 可以从图 2（或表 3）中求出。若先不考 虑产生滞后作用的 R3 的影响， 则可以根据已知的 VT 值求出 R1、R2 值（在先确定 R1 值后求出 R2 值）， VT=4.1V×R2/（R1+R2）。 为防止温度在阈值温度附近因传感器输出信号中存在噪声电压影响而使比 较器输出产生振荡，在比较器电路中加了一个正反馈电阻 R3，则产生一滞后电压 VHYS，并且 VT 值也受 R3 的影响成为 VT2，改进的超过阈值温度报警电路温度特性和输出波形如图 11 所示。w15.gif VHYS=VT2-VT1， 其中 VT1、 VT2 可按下式求出。 VT2=4.1V×R2/ （R1+R2//R3） VT1=4.1V×R2/ （R2+R1//R3）上式中 4.1V 是基准电压值。 为减小 R3 对 VT 值的影响， 一般 R3 取值较大 （如 470k?～ 2M?）。 基准电压 4.1V 经 R1、R2 分压后的电压 VT2 加在比较器同相端，LM94022 测量温度输出的 电压 VTEMP 加在比较器反相端。一旦 VTEMPw16.gif 应用注意事项 应用 LM94022 的设计注意事项如下。 ● 为保证传感器输出电压精度，VDD 取值为 VDD=VOUT+1V； ● 设计时应尽可能取大的灵敏度，以减少噪声对输出信号电压的影响； ● 为减少噪声影响，可在 LM94022 输出端加一个高频旁路电容器； ● 当传感器与接口电路之间连接较长时，连接 线应采用屏蔽线。 tiankai ( 12:35:30) NTC(负温度系数)热敏电阻器产品专业术语 1.零功率电阻值（RT）在规定温度下，采用引起电阻变化相 对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。 2.额定零功率电阻（R25）热敏电阻器的 设计电阻值，通常是指 25℃时测得的零功率电阻值。 3.B 值 B 值是 NTC（负温度系数）热敏电阻器的 热敏指数，它被定义为两个温度下零功率电阻值的自然对数之差与两个温度倒数之差的比值，即：w17.gif 式中： RT1--温度为 T1 时的零功率电阻值 RT2--温度为 T2 时的零功率电阻值除非特别指出，B 值是由 25℃（298.15K）和 50℃（323.15K）的零功率电阻值计算而得到的，B 值在工作温度范围内并不是一 个严格的常数。 4.零功率电阻温度系数指在规定温度下，热敏电阻器的零功率电阻随温度的变化率与它的 零功率电阻值之比,即：w18.gif 式中: аT-温度为 T 时的零功率电阻温度系数 RT-温度为 T 时的零功率电阻值 T-温度（以 K 表示） B-B 值 5.耗散系数 δ 在规定的环境温度下，热敏电阻器耗散功率变化率与其相应温度变化之比，即： δ=?P/?T 在工作温度范围内，δ 随环境温度变化而有所变化。 6.热时间常数 τ 在零功率条件下，当温度 发生突变时， 热敏电阻体温度变化了始末温度差的 63.2%所需的时间。 与热敏电阻器的热容量 C 成正比， τ 与其耗散系数 δ 成反比，即：τ=C/δw19.jpg7.最大稳态电流在环境温度 25℃时允许施加在热敏电阻上的最大连续电流。 8.电阻温度特性热敏电阻器 的零功率电阻值与其电阻体温度之间的依赖关系。w20.jpgtiankai ( 12:37:41) PTC 热敏电阻器专业术语 阻温特性：指的是在规定电压下，PTC 热敏电阻器的零功率电阻值与电阻本体 温度之间的关系。w21.gif 额定零功率电阻值 (R25 或 Rn)：指的是在 25℃条件下的零功率电阻，除非客户特别说明另一温度。最 小阻值（Rmin）：是指从常温 25℃开始，温度曲线系列所对应的最小电阻值，此时 Rmin 所对应的温度 为 Tmin。开关温度(Tc)：当阻值开始呈现阶跃性增加时的温度为开关温度，即当阻值升至 2 倍最小电阻 值（Rmin）时所对应的温度，也称居里温度。最大工作电压(Vmax)：在最高允许环境温度下，PTC 热敏 电阻器能持续承受的最大电压。 最大电流（Imax）：指在最大工作电压下，允许通过 PTC 热敏电阻器的 最大电流。不动作电流(Int)：不动作电流即额定电流或保持电流，指在规定的时间和温度条件下，不导致 PTC 热敏电阻器呈现高阻态的最大电流。动作电流(It)：指在规定的时间和温度条件下，使 PTC 热敏电阻 器阻值呈阶跃型增加时的最小电流。最大电压下的温度范围：PTC 热敏电阻器在最大电压下仍能连续工作 的环境温度范围。耗散系数（δ）： PTC 热敏电阻器中功率耗散的变化量与元件相应温度变化量之比，称 为耗散系数(mw/℃)。 δ=P/（T-Tr）耐压值：指在规定的时间和温度条件下， PTC 热敏电阻器能承受 的最大电压，超过这个电压，PTC 热敏电阻器将击穿。热时间常数（τ）：在静止的空气中，PTC 热敏电 阻器从自身温度变化到与环境温度之差的 63.2%时所需的时间。 [attach]14122[/attach] 残余电流 (Ir)：指在最大工作电压下，PTC 热敏电阻器阻值跃变后，热平衡状态下的电流。温度系数（αT）：可表 示为：所以一般指 R1、R2 所对应的温度即是 T1、T2，分别比居里温度高 10℃和 25℃。最小阻值时的 温度（TRmin）：最小阻值 Rmin 出现时所对应的温度。上限温度（UCT）：热敏电阻可继续工作时的最 大环境温度。下限温度（LCT）：热敏电阻可继续工作时的最小环境温度。伏-安特性: 在 25℃的静止空 气中, 指加在热敏电阻器引出端的电压与达到热平衡的稳态条件下的电流之间的关系 (如下图)w22.jpg 绝缘热敏电阻:达到规定的绝缘阻值及电压验证测试的热敏电阻。非绝缘热敏电阻:不要求绝缘电压和绝缘 阻值测试的热敏电阻。 起始电流(Iin):在电路开关启动到闭合瞬间所出现的电流,即 Iin。 峰值电流(Iinp-p): 起始电流(Iin)的峰-峰值。电流-时间特性: 指热敏电阻器在施加电压过程中，电流随时间的变化特性。(如 下图)w23.jpgtiankai ( 12:43:42) 数字温度计和控温器 DS1625（图） 摘要：DS1625 是美国 DALLAS 公司出品的数字温度计和控 摘要：温器。用户可自行设定温度报警的上下限，具有较强的温度控制功能。可广泛应用于工业控温系 统、 消费产品、 温度计以及其它温度测控系统。 文中介绍了该芯片的主要特性和工作原理。[p=30,2, left] 2, left]关键词： 温度计； 控温器； 串行接口； DS1625[/p][p=30, 2, left] 关键词： 温度计； 控温器； 串行接口；1.概述 1.概述[/p][p=30,DS1625 是美国 DALLAS 公司研制的数字温度计和控温器。它可输出 9 位温度值， 当所测温度超过用户设定的温度上限 TH 时， 测温报警端 TOUT 输出有效报警电平， 直至温度降低到 低于用户设定的温度下限 TL。由于 DS1625 存在一定的时间滞后, 因而它有较强的抗干扰能力。 在 DS1625 嵌入系统之前,用户即可设定温度的上下限,而且时间是非易失性的。另外，DS1625 的 温度设定及读写操作均可通过一个简单的 2 线制串行接口来完成。[/p][p=30, 2, left]DS1625 具有如下特点：●测量温度不需外部元件；[/p][p=30, 2, left]●测温范围为－55℃～＋125℃，分辨率为 0.5℃； ●温度值以 9 位二进制数输出（以两字 节的格式传输）； ●完成一次测温仅需 500ms； ●温度的上下限可以由 用户设定,而且是非易失性的； ●数据的输入输出均可借助于一个简单的 2 线制串行接口来完成 （开漏 I/O 线） ； ●采用 8 脚 DIP 或 SOIC 封装。[/p] [p=30,2, left]DS1625 的极限参数如下：[/p][p=30, 2, left] 工作温度范围： －55～＋125℃；任意脚对地的电压： －0.5～＋ 焊接温度： 图1所 SCL：7.0V；存储温度： －55～＋125℃； 2. 引脚功能[/p][p=30, 2, left]持续 10 秒时，小于 260℃；[/p][p=30, 2, left] 示为 DS1625 的引脚排列图。 各引脚的功能如下： 2 线制连续时钟端； TOUT：控温信号输出端；SDA： 线制串行数据输入/输出端； 2 A0～A2：地址输入端；VDD：电源；GND：接地端。[/p] [p=30, 2, left]w24.jpg [/p] [p=30, 2, left]3. 工作原理 [/p] [p=30, 2, left]3.1 温度测量[/p][p=30, 2, left]DS1625 在测量温度时使用了专有的在线温度测量技术。它通过计算在一个由对温度高度敏感的 振荡器决定的计数周期内对温度低敏感的振荡器时钟脉冲的计数值来测量温度。DS1625 在计数 器中预置了一个初值,它相当与－55℃。如果计数周期结束之前计数器达到 0，已预置了此初值 的温度寄存器中的数字就会增加，从而表明温度高于－55℃。[/p][p=30, 2, left] 与此同时，计数器斜波累加电路被重新预置一个值，然后计数器重新对时钟计数，直到计数值为 0。[/p][p=30, 2, left]通过改变增加的每 1℃内的计数器的计数，斜波累加电路可以补偿振荡器的非线性误差， 以提高精度， 任意温度下计数器的值和每一斜波累加电路的值对应的计数次数 须为已知。[/p][p=30, 2, left] DS1625 通过这些计算可以得到 0.5℃的精度，温度输出为 9位，在发出读温度值请求后还会输出两位补偿值。表 1 给出了所测温度和输出数据的关系。这些 数据可通过 2 线制串行口连续输出，MSB 在前，LSB 在后。[/p][p=30, 2, left]温 度[/td][td=1,1,33%]数字输出（二进制）[/td][td=1,1,34%]数字输出（十六进制） [/td][/tr][tr][td=1,1,33%]+125℃[/td][td=1,1,33%][/td][td=1,1,34%]7B00h[/td][/tr][tr][td=1,1,33%]+25℃[/td][td=1,1,33%] 0000000[/td][td=1,1,34%]1900h[/td][/tr][tr][td=1,1,33%]+0.5℃[/td][td=1,1,33%]00000000 [/td][td=1,1,34%]0080h[/td][/tr][tr][td=1,1,33%]+0℃[/td][td=1,1,33%] [/td][td=1,1,34%]007Fh[/td][/tr][tr][td=1,1,33%]-0.5℃[/td] [/td][td=1,1,34%]FF80h[/td][/tr][tr][td=1,1,33%]-25℃[/td][td=1,1,33%]11100111 [/td][td=1,1,34%]E700h[/td][/tr][tr][td=1,1,33%]-55℃[/td][td=1,1,33%] [/td][td=1,1,34%]C900h[/td][/tr][/table] [/p] [p=30, 2, left] 由于数据在总线上传输时 MSB 在前，所以 DS1625 读出的数据可以是一个字节(分辨率为 1℃)，也可以是两个 字节，第二个字节包含的最低位为 0.5℃。图 2 所示是 DS1625 的测温电路的原理方框图。[/p][p=30, 2, left]3.2 控温操作 控温操作[/p][p=30, 2, left]在把 DS1625 用作一个带有可编程迟滞的控温器来使用时， DS1625 的温度达到或超过寄存器中存储的温度上限 TH 时， TOUT 输出高电平， 当 直至温度低于 TL。此外，DS1625 其平均价格可以获得任意量的迟滞，从而提高了器件的抗干扰 能力。输出的有效电平是由用户来设定的。 [/p][p=30, 2, left]因此，在进行控温操作时必须先设定 TH 和 TL 寄存器的温度上下限，而且，为了显示测温过程的状态以及确定在具体应用 DS1625 时要采 用的模式，还需用一个设置/状态寄存器。[/p][p=30, 2, left] [/p][p=30, 2, left]设置/状态寄存器的定义如下：DONETHFTLFNVB10POL1SHOT[/p] 设置/状态寄存器[p=30, 2, left]以下是设置/状态寄存器各部分的功能： [/p][p=30, 2,left] [/p][p=30, 2, left] [/p][p=30, 2, left]DONE：转换完成标志位。1 表示转换完成，0 表示转换正在进行。THF：上限温度标志位。当温度达到或超过 TH 时，此位为 1。除非写入 0 或器 THL：下限温度标志位。当温度低于或等于 TL 时，此位为 NVB：非易失性存储忙标志位。1 表示正在进件断电，否则它将一直保持为 1。1。除非写入 0 或器件断电，否则它保持为 1。行向 EEPROM 存储单元中写入数据，0 表示此过程不在进行中。完成写入 EEPROM 过程需 10ms。 POL： 有效输出电平极性位。 为高电平有效， 为低电平有效。 1 0 此位为非易失性。 1SHOT： 工作模式选择位。DS1625 在接到开始测温请求后，若此位为 1，则工作在单次工作模式,完成一次 测温操作；若此位为 0，将进行连续测温。[/p][p=30, 2, left] 对于一般的控温操作，DS1625采用连续测温模式。但在某些时候，只需完成一次测温或者为了节约电源功耗，可采用单次测量 模式。注意，采用单次测温模式时，控温输出 TOUT 保持它在测完最后一个有效温度时的状态。[/p][p=30, 2, left]w25.jpg[/p][p=30, 2, left] [/p][p=30, 2, left] [/p][p=30, 2, left]DS1625 支持 2 线制串行总线和数据传输协议。定义在总线上发送数据的器件为发送器，接收数据的器件为接收器，控制信息传输的为 主器件，被信息控制的为从器件。总线必须由产生串行时钟信号的主器件来控制，它控制总线工 作并产生启动和终止发送条件。DS1625 作为 2 线制串行总线上的从器件，通过开漏 I/O 线 SDA 和 SCL 与总线相连。图 3 给出了 DS1625 在 2 线制数据总线上的数据传输方式。 3.3 指令集[/p][p=30, 2, left]数据和控制信息的写入读出是以图 3 所示的方式进行的。在写入信息时，主器件输出从器件(即 DS1625)的地址，同时 R/W 位置 0。接收到响应位后，总线上的主器件发出 一个命令地址，DS1625 接收此地址后，产生响应位，主器件就向它发送数据。如果要对它进行 读操作，主器件除了发出命令地址外，还要产生一个重复的启动条件和命令字节，此时 R/W 位为 1，读操作开始。下面对它们的命令进行说明。[/p][p=30, 2, left] 读温度值[AAh]：即读出 访问最后一个测温结果。DS1625 产生两个字节，即为寄存器内的结果。[/p][p=30, 2, left]TH[A1h]： 如果 R/W 位置 0， 将写入数据到 TH 寄存器。 发出请求后， 接下来的两个字节写入 DS1625， 以设置输出 TOUT 的上限温度。 如果 R/W 位置 1，将读出存在寄存器中的值。[/p][p=30, 2, left] 访问 TL[A2h]：如果 R/W [/p] 位置 0，将写入数据到 TL 寄存器。发出请求后，接下来的两个字 节写入 DS1625，即设置输出 TOUT 的下限温度。 如果 R/W 位置 1，将读出存在寄存器中的值。[p=30, 2, left]访问设置寄存器[ACh]:如果 R/W 位置 0，将写入数据到设置寄存器。发出请求后， 接下来的一个字节被写入。 如果 R/W 位置 1， 将读出存在寄存器中的值。 [/p][p=30, 2, left] 开始测温[EEh]：此命令将开始一次温度的测量，不需再输入数据。在单次测量模式下，可在进 行转换的同时使 DS1625 保持闲置状态。在连续模式下，将启动连续测温。[/p][p=30, 2, left] 停止测温[22h]：该命令将停止温度的测量，不需再输入数据。此命令可用来停止连续测温模式。 发出请求后，当前温度测量结束，然后 DS1625 保持闲置状态。直到下一个开始测温的请求发出 才继续进行连续测量。[/p][p=30, 2, left] 4. 结束语[/p][p=30, 2, left] 本文介绍了数字温度计和控温器 DS1625 的主要性能和工作原理。用户可灵活设定它的温度上下限。因此， DS1625 可用来控温或应用于工业系统、消费产品、温度计及其它温度测控系统。 [/p]tiankai ( 12:46:40) 如何选择温度传感器 摘 要：本文介绍了几种不同类型的温度传感器。目前我们可提供许多类型的 IC 温度传感器与多种多样的应用相匹配。从简单的模拟输出温度传感器到数字输出的本地传 感器再到具有远程温度监测功能和复杂风扇控制算法的高度集成的温度监视系统， 设计工程师可 以选择合适的温度传感器监视和控制复杂的电子系统正常运转。 在许多应用中温度都是必须监测和控制的关键参数，这些应用包括个人计算机（PC）、移动电话、汽车、医用设备和游戏 控制台。 目前已经开发出许多不同的测量技术以满足这些应用对各种技术和成本的要求。 这些测 量技术包括热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）、红外（IR）测温、热电偶以及许多最新推出的 集成电路（IC）温度传感器。 IC 温度传感器 半导体温度传感器是以集成电路（IC）结构制造的，基本设计原理基于半导体二极管的伏安特性与温度之间的关系。IC 温度传感器适 合于-55 C～150 C 温度范围内的应用。虽然 IC 温度传感器的测量范围比热电偶和 RTD 的测量范 围小一些，但是它们有小封装、高精度和低价格等特点，并且容易与其它器件连接，例如，放大 器、稳压器、数字信号处理器（DSP）和微控制器（MCU）。IC 温度传感器技术不断进步，可以 提供各种各样的功能、特性和接口。鉴于现在提高 IC 集成度的可行性，数字 IC 温度传感器能够发送本地温度和远程温度测量结果， 监视其它系统参数、 控制风扇转速或者当温度超过设定值时 发出报警。 IC 温度传感器的类型 IC 温度传感器有两种主要类型--模拟温度传感器和数字温度传感器， 并且每一种类型都包括许多种产品。 模拟温度传感器能产生一个与温度成比例的电 压或者电流信号。 数字温度传感器能监视本地温度和远程温度， 并且还包括许多其它功能， 例如， 电压监视、风扇控制和超出温度设置上限或下限报警。 模拟温度传感器 初期的 IC 温度传感器提供一个与温度成比例的输出电压或电流。 我们改进了现有的热敏电阻产品， 其电阻随 温度呈非线性关系变化的特性。 现在的模拟温度传感器无需附加线性化电路来校准热敏电阻的非 线性。图 1 示出了这种半导体温度传感器的曲线图，当要求电压与温度之间呈线性关系时，它是 良好的选择。 图 1 热敏电阻的温度特性曲线与半导体温度传感器的温度特性曲线（略） Voltage=电压 Silicon Temperature Sensor=半导体温度传感器Thermistor=热敏电阻 Temperature=温度虽然新的数字输出温度传感器已经在许多应用中取代了模拟输出温度传感器，但是模拟输出温度传感器仍然有用武之地。例如，AD590 电流输出温度传感器，自从面世 25 年多以来在许多应用中一直是很有活力的产品。该器件经常用于远程温度检测，因为高阻抗 电流输出使其对长线路传输的电压降不敏感， 并且还能用于多种多样的温度检测器应用， 具有+4 V ～ +30 V 宽工作电压范围。 数字输出温度传感器 在许多应用中，最终需要以数字形式提供温度数据。这可以通过将一个模拟温度传感器的输出接到一个模数转换器（ADC）来实现。 然而，随着 IC 产品制造技术的进步，将这种 ADC 和许多其它功能一起集成到温度传感器的管芯 上已经成为经济有效的方法。它能降低成本、印制电路板（PCB）面积和功耗，同时简化系统设 计工程师的任务。 本地温度监视 数字温度传感器类似于模拟温度传感器，但是它的输出不是以电流或电压形式而是将其转换为 1 或 0 形式的数字量。 因此， 数字输出温度传感器适 合于连接到一个 MCU。这类的接口包括单线脉冲宽度调制（PWM）、两线 I2C 和 SMBus，以及 3 线或 4 线 SPI 协议接口。 PWM 单线接口 PWM 输出温度传感器提供一个方波占空比与温度成比例的方波输出。 这种信号通常连到一个 MCU 计时器， 并且根据方波高电平时间与低电平时 间的比率计算温度。 这种比率式测量方法避免了由于不同时钟频率偏移产生的误差。 这些低成本、 低功耗的温度传感器适合于印制电路板面积受限制的应用和仅要求使用一个光耦合器进行隔离 的应用。例如，TMP05 采用小外形 SC-70 封装（2 mm 长）。TMP05 采用菊花链方式，允许串行连 接几个温度传感器并且共用一个 MCU 计时器引脚， 适合要求监测多个温区温度的应用。 2 给出 图 了一个采用菊花链方式的例子。 图 2 菊花链方式（略） DAISY-CHAIN MODE=菊花链方式 TIMER= 计时器 MICROPROCESSOR=微处理器 Temperature ( C) = 406 - (731 x (T1 / T2)) = 温度（ C） = 406 - 〔731 x (T1 / T2)〕 I2C， I2C，SMBus 和 SPI 接口 2 线串行接口协议（例如，I2C，SMBus 总线）主要应用于 PC 和通信应用。SPI 是一种 3 线或 4 线串行接口，通常用于非 PC 环境 的应用，例如，工业仪表（I&I）和汽车应用。MCU 和温度传感器之间的通信可以是双向的，可 利用 MCU 向温度传感器发送指令。 数字温度传感器通常包含适合于低功耗应用的工作模式。例如，ADT7301 是一种 13 bit 分辨率 0.5 C 精度带 SPI 接口的传感器，它能在转换过程中自动 进入待机模式。 许多温度传感器具有的另一项重要功能是能在超过温度限定值时产生一个中断，可以将这些温度限定值设置到上限温度（Thigh）寄存器和 下限温度（Tlow）寄存器。在 许多温度传感器连接到同一总线的应用中，判定发出中断信号的传感器非常重要。兼容 ALERT 功能的 SMBus 总线具有此功能。当中断发生后，发出中断信号的温度传感器将其地址送回 MCU以便能容易判定温度超过限定值的传感器。远程温度监测通常要求在多个位置进行温度测量。 这可以通过在该系统中放置多个本地数字温度传感器来实现。 但是远程温度监视器可 以提供另一种解决方案，用于尺寸受限制的场合。数字温度传感器除了能测量本地温度，还能使 用一个 NPN 或者 PNP 型晶体管中的二极管来测量远程温度。 这些远程测温二极管可以集成到 MCU 芯片中或者采用一个低成本的分立器件，例如可以使用 2N3906。该远程测温二极管可以放在一 个距温度传感器 100 英尺的高温地点。这种温度传感器的一个例子是 ADT7461。 图 3 用户可编 程温度传感器监视远程 PN 结的温度 （略） 该温度传感器的 THERM 输出引脚的失效保护功能在温度快接近一个危险的温度值时特别有用。例如，当软件或 MCU 崩溃时，如果将中断信号送到 该 MCU 将不再有用。在高温情况下，THERM 引脚输出能直接开启或者关断一个散热风扇，无需使 用该 MCU，从而防止了一种潜在的灾难。 THERM 引脚用于在高温时开启风扇。 OR CPU THERMAL DIODE= 或 CPU 测温二极管 SHIELD=屏蔽线 SMBUS CONTROLLER= SMBUS 总线控制器 TYP 10 k ＝ 10K 典型值 FAN ENABLE=风扇启动 FAN CONTROL CIRCUIT=风扇控制电路 3V TO 3.5 V=3V ～ 3.5 V 5V OR 12 V=5V 或 12 V 温度监视系统 采用超大规模集成电路（VLSI）技术能提高系统的集成度，需要对温度监视和控制的系统通常要求监视其它系统的参数，例如，电源电压、 电流和关键信号的直流（DC）偏移。另外，由于现代的 VLSI 技术能够在数字温度传感器内核的 周围构造高度复杂的系统 IC。例如，ADT7516 除了能测量本地温度，还能提供 4 通道 10 bit ADC 和一个片内基准电压源。它还包含 12 bitDAC，提供对系统参数的控制能力。 这类应用的一个案例是 LCD 投影仪的风扇控制。 这里有两个需要考虑的主要热源： 一个是投影仪灯泡产生的 热量，另一个是电源耗散的热量。ADM1034 作为这类器件的一个例子，具有监视两路远程温度和 自动控制两个风扇转速的能力， 这里采用两路独立的 PWM 输出。 4 给出了如何将这样一种器件 图 用于上述应用。 图 4 LCD 投影仪中的温度监视和风扇控制（略） Temperature source Power Supply=电源产生的热源 Temperature source Bulb of projector=投影仪的灯泡产生的热源 因为有许多利用风扇对系统散热的应用，所以为了有效地控制风扇，开发出了许多方法。其中两 种主要方法是风扇转速线性控制方法和风扇转速 PWM 控制方法。 风扇转速线性控制 在这种控制方法中，MCU 读取温度值。根据读取的温度值，MCU 决定合适的风扇转速并且将一个相 应的值写入该温度传感器片内 DAC 中。 然后， 温度传感器的 DAC 输出用于设置风扇转速的电压值。 这类 IC 风扇控制器的一个例子是 ADM1028，见图 5。当检测到温度超过限定值时，利用这种器件 的默认自动硬件跳脱点能够驱动风扇全速率运转。 虽然这类器件中有一些功能要求 CPU 干预控制 风扇，ADI 公司也提供带自动风扇转速控制的更高级的产品。 转速线性控制（略） FAN=风扇 FAN-SPD=风扇转速 图 5 采用 ADM1028 实现风扇 散热风扇的转风扇转速 PWM 控制速可以通过改变施加信号的占空比来调节。 控制风扇转速的 PWM 输出方法的两个主要优点是风扇 转速的变化范围比线性控制方法宽，并且其外部电路也有明显简化，见图 6。 图 6 ADT7460 采 用 PWM 控制风扇的转速（略） 注意外部电路比线性控制方法简单。 FAN=风扇 TACH=测速ADT7460 还包含用于自动风扇控制的独立工作软件，并以对应给定芯片温度的最佳转速运转。由 于多种原因，无需主机干预的自动风扇速率控制功能在 PC 应用中特别有用。一经设置好，即使 该 PC 机出现意外崩溃，它也能对系统的温度变化做出反应，另外，它确保风扇仅以任意给定温 度所需要的转速运转，降低了功耗和噪音。tiankai ( 12:49:03)集成电路温度传感器的优势及广泛应用 最近，美国国家半导体公司（National Semiconductor）数据转 换系统部亚太区市场经理陈永信先生向记者专门介绍了集成电路温度传感器的特点、日益广泛和深入的应 用领域，以及国家半导体公司温度传感器芯片开发概况和产品介绍。鉴于美国国家半导体公司在全球温度 传感器集成电路市场处于领先地位， 他提供的信息可能会引起读者的兴趣并有参考价值。 [p=30, 2, left] 温度传感器比热敏电阻器具有的优势[/p][p=30, 2, left]温度传感元件几乎是无处不在。从空调系统、冰 温度传感器比热敏电阻器具有的优势 箱、电饭煲、电风扇等家电产品直至 PC 机、服务器、计算机外设、移动电话手机等，都需要具有温度传 感功能的器件。[/p][p=30, 2, left]虽然长期以来热敏电阻器是最常用的元件，目前在一些工业应用领域 仍然起重要的作用；但是，集成电路温度传感器比起热敏电阻器有着明显的优点，包括准确度更高，体积 更小，功耗更低，更加适合在集成电路系统中应用。[/p][p=30, 2, left]温度传感器集成电路的电压输出 与温度成正比，在相当宽的温度范围内，都具有很高的准确度。反之，热敏电阻器的电压输出与温度不具 有线性关系，需通过查表或外加线性化电路，才能得到准确的温度。而且，热敏电阻器在高温区段电压变 化率较小，不易分辨，造成温度测量的误差较大。这是热敏电阻器的最大缺点。相比之下，集成电路温度 传感器因其电压输出与温度成线性关系，无论在高温或低温范围内，准确度都是一样的。 [/p][p=30, 2, left]其次，热敏电阻器产品在不同的批次间存在差异，电子响应性能不一致。因而，使用前都需要进行调 校，在大量生产时增加成本和时间。[/p][p=30, 2, left]集成电路温度传感器的输出阻抗较低，功耗也较 低；热敏电阻器通过消耗电流感受温度，功耗较高。而且，长时间感受温度使热敏电阻器本身的温度也升 高，测量温度的准确性降低。[/p][p=30, 2, left]从成本上分析，尽量单个热敏电阻器的价格低，但它必 须配合相关元件才能达到集成电路温度传感器的准确度。从整体上说，热敏电阻器所需的成本反而更高。 [/p][p=30, 2, left]采用集成电路温度传感器需要较少的芯片支持，占用印刷电路板的空间小。而且，系 统设计可以简化，节省设计时间。[/p] [p=30, 2, left]国家半导体公司温度传感器芯片开发概况 国家半导体公司温度传感器芯片开发概况 [/p][p=30, 2, left]美国国家半导体公司的温度传感器芯片发展有四大方向： 模拟输出 （应用于蜂窝电话、 硬盘机、空调等），数字（应用于硬盘机、空调、医疗设备、计算机等），远程二极管（应用于计算机/ 服务器类产品）和系统监视器（应用于计算机/服务类产品）。[/p][p=30, 2, left]一、模拟输出温度传 一 感器芯片[/p][p=30, 2, left]LM20 模拟输出温度传感器适用于蜂窝式移动电话中。由于这类电话（尤其 感器芯片 是新一代推出的） 对温度都非常敏感， 过高或过低温度保护功能便显得非常重要。 LM20 在温度为 25℃时， 准确度可达+/-1.5℃或+/-4℃。它封装小巧，而且价格合理。 [/p] [p=30, 2, left]二、数字温度传感 二 器芯片[/p][p=30, 2, left]LM92 是一种高精确度的双线接口温度传感器芯片。该款芯片最适用于各种高 器芯片 精确度的应用方案，其中包括冷暖空气调节、通风系统、医疗仪器、汽车、基站以及多种其他应用方案。 有关应用方案一般均需要在较小的温度范围内达到较高的精确度。在 LM92 芯片还未正式推出之前，采用 模拟温度传感器芯片或热敏电阻器。但由于这两类解决方案需要加设线性化电路及另外需要调校，因此会 令成本增加。此外，模拟解决方案必须进行一些特别的测试，才可确保其精确度，但有关测试会对量产造 成一定的影响。而 LM92 芯片采用更精确的测试方法，因此性能更可靠，即使在大量生产时仍能保持其精 确度。[/p][p=30, 2, left]LM26 是一款高精度单输出的低功率恒温器芯片。由于这款芯片可以按照个别 客户要求而预先设定恒温器的断开点，并且可以提供模拟温度传感输出。因此特别适用于温度控制装置， 例如火警警报系统。[/p][p=30, 2, left]三、远程二极管温度传感器芯片 三 远程二极管温度传感器芯片[/p][p=30, 2, left]计算机的处 理器一向对温度都敏感，Intel 在 IDF 会议上曾表示该公司的处理器，包括 Pentium4 中央处理器，都需 要准确度高达+/-1℃的温度传感技术为其提供支持；而准确度高达+/-1℃的温度传感技术不单可以将系 统的温度误差由+/-6℃降至+/-3℃，同时也可缩小温度宽限范围。对台式计算机和移动型计算机而言，温度宽限范围愈小，性能便愈高，因开动散热扇而浪费的电力也愈小。反之，温度宽限范围愈大，中央处 理器在这个温度范围内操作，其性能也会受到影响。[/p] [p=30, 2, left]LM86 与 LM88 都是美国国家 半导体推出可保护系统免受损害的温度传感器芯片。LM86 是一款高准确度远程二极管温度传感器，在 60℃至 100℃的温度范围内，可达至+/-1℃远程准确度，更可支持 ACPI 标准及设有视窗式比较功能， 亦支持 SMBus1.1 及设有报警响应协议与超时功能。[/p][p=30, 2, left]LM88 是一款双远程二极管温 度传感恒温器芯片，同样最适用于笔记本型计算机、台式机、工作站与服务器上，以及电池供电的便携式 系统等应用方案。此外，LM88 芯片也可用作个人计算机的四级散热扇速控制器，而且成本也较低。 [/p][p=30, 2, left]另一款远程二极管芯片是 LM83，可测系统内四个不同位置的温度，其中三个属于芯 片之外三个不同位置的温度，而第四个是芯片本身的内部温度。以往只有中央处理器的温度需要接受监测， 但以目前的系统来说，电池、图形加速器及 PCMCIA 卡盒等配件的温度亦需同样接受监测。LM83 芯片可 发出两个可设定温度的中断输出信号。[/p][p=30, 2, left]LM88 与 LM83 同样都具有卓越的抗噪音干扰 能力，可减低电源供应带来的噪音干扰，有助防止假断开。[/p][p=30, 2, left]四、系统监示器芯片 四 [/p][p=30, 2, left]LM87 是一款系统监示传感器芯片，除了与远程二极管传感器芯片一样能控制温度之 外，还对风扇、电压有监控的作用。适用于笔记本型计算机、台式机、服务器等。 LM87 是内置两个 LM87 远程二极管的温度传感器，有两个风扇转速输入口，跟八个电压监测输入口，还有一个风扇转速的控制输 出。 [/p][p=30, 2, left]美国国家半导体是温度传感器市场的主要芯片供应商，一直致力为客户提供各 种不同的温度传感器芯片，包括业内最高准确度、最低功率及最小封装的温度传感器，确保各合作伙伴有 更多的选择。[/p] tiankai ( 13:50:17) 各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周 知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化，在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶 两类产品。 1.热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为 T，称为工作端或热端，另一端温度为 TO，称为自由端 (也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生，如图 2-1(a)所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。 这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流 过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有 电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊 效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势 合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质 及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体 或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接 触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的 合成。当回路断开时，在断开处 a，b 之间便有一电动势差△V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如 图 2-1(b)所示。并规定在冷端，当电流由 A 流向 B 时，称 A 为正极，B 为负极。实验表明，当△V 很小 时，△V 与△T 成正比关系。定义△V 对△T 的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符 号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2.热电偶的种类 目前，国际电工委员会（IEC）推荐了 8 种类型的热电偶作为标准化热电偶，即为 T 型、E 型、J 型、K 型、N 型、B 型、 R 型和 S 型。 热电阻 1.热电阻材料的特性 导体的电阻值随温度变化而改变， 通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于 -200―500℃温度范围内的温度测量。 性： 纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特 ②电阻率高，热①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。 ③材料的复现性和工艺性好，价格低。容量小，反应速度快。④在测温范围内化学物理特性稳定。 2．铂电阻 铂电阻与温度之间的目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。关系接近于线性，在 0～630.74℃范围内可用下式表示 Rt＝R0(1+At+Bt2) (2-1)在-190～0℃范围内 为 Rt＝R0(1+At+Bt2 十 Ct3) (2-2)式中， RO、 为温度 0°及 t°时铂电阻的电阻值， 为任意温度， Rt t A、 B、C 为温度系数，由实验确定，A＝3./℃，B＝-5.847×10-7／℃2，C＝-4.22×10-l2/℃ 3。由式(2-1)和式(2-2)看出，当 R0 值不同时，在同样温度下，其 Rt 值也不同。 3．铜电阻 在测温精度要求不高， 且测温范围比较小的情况下， 可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。 在-50～150℃ 的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为 Rt＝R0(1+At) (2-3)式中，A ＝4.25×10-3～4.28×10-3℃为铜电阻的温度系数 按照温度传感器 输出信号的模式，可大致划 传分为三大类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。 一、模拟温度传感器统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和 RTDS 对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进 行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度 好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 IC 上， 有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有 LM3911、LM335、LM45、AD22103 电压 输出型、 AD590 电流输出型。 这里主要介绍该类器件的几个典型。 1、 AD590 温度传感器 AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为 3~30V，输出电流 223?A（-50℃） ~423?A（+150℃），灵敏度为 1?A/℃。当在电路中串接采样电阻 R 时，R 两端的电压可作为喻出电压。 注意 R 的阻值不能取得太大，以保证 AD590 两端电压不低于 3V。AD590 输出电流信号传输距离可达到 1km 以上。作为一种高阻电流源，最高可达 20M?，所以它不必考虑选择开关或 CMOS 多路转换器所引 入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。 度传感器 2、LM135/235/335 温LM135/235/335 系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为 10mV/K，具有小于 1? 的动态阻抗，工作电 流范围从 400?A 到 5mA， 精度为 1℃， LM135 的温度范围为-55℃~+150℃， LM235 的温度范围为-40℃ ~+125℃，LM335 为-40℃~+100℃。封装形式有 TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温 度测量、温差测量以及温度补偿系统中。 二、逻辑输出型温度传感器 在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号， 启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、 MAX6501-MAX6504、MAX 是其典型代表。 1、LM56 温度开关 LM56 是 NS 公司生 电源 电压从产的高精度低压温度开关，内置 1.25V 参考电压输出端。最大只能带 50?A 的负载。2.7~10V，工作电流最大 230?A，内置传感器的灵敏度为 6.2mV/℃，传感器输出电压为 6.2mV/℃ ×T+395mV。 和 SO 2、MAX/04 温度监控开关 MAX/04 是具有逻辑输出T-23 封装的温度监视器件开关，它的设计非常简单：用户选择一种接近于自己需要的控制的温度门限（由厂方预设在-45℃到+115℃，预设值间隔为 10℃）。直接将其接入电路即可使用，无需任 何外部元件。其中 MAX6501/MAX6503 为漏极开路低电平报警输出，MAX6502/MAX6504 为推/拉式 高电平报警输出，MAX6501/MAX6503 提供热温度预置门限（35℃到+115℃），当温度高于预置门限时报警； MAX6502/MAX6504 提供冷温度预置门限 （-45℃到+15℃） 当温度低于预置门限时报警。 对 ， 于需要一个简单的温度超限报警而又空间有限的应用如笔记本电脑、蜂窝移动电话等应用来说是非常理想 的，该器件的典型温度误差是±0.5℃，最大±4℃，滞回温度可通过引脚选择为 2℃或 10℃，以避免温度 接近门限值时输出不稳定。这类器件的工作电压范围为 2.7V 到 5.5V，典型工作电流 30?A。 数字式温度传感器 1、MAX 数字温度传感器 三、如果采用数字式接口的温度传感器，上述设计问题将得到简化。同样，当 A/D 和微处理器的 I/O 管脚短缺时，采用时间或频率输出的温度 传感器也能解决上述测量问题。以 MAX 系列 SOT-23 封装的温度传感器为例，这类器件可 通过单线和微处理器进行温度数据的传送，提供三种灵活的输出方式--频率、周期或定时，并具备±0.8℃ 的典型精度，一条线最多允许挂接 8 个传感器，150?A 典型电源电流和 2.7V 到 5.5V 的宽电源电压范围 及-45℃到+125℃的温度范围。它输出的方波信号具有正比于绝对温度的周期，采用 6 脚 SOT-23 封装， 仅占很小的板面。该器件通过一条 I/O 与微处理器相连，利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算 出温度。 2、可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器 半导体公司生产的 CMOS DS1612 DS1612 是美国达拉斯数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因此一次定入后，即使不用 CPU 也仍然可以独立使用。 温度测量原理和精度：在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器（OSC1）和一个温度系数较小的振荡器（OSC2）。在温度较低时，由于 OSC2 的开门时间较 短，因此温度测量计数器计数值（n）较小；而当温度较高时，由于 OSC2 的开门时间较长，其计数值（m） 增大。 如果在上述计数值基础上再加上一个同实际温度相差的校正数据，就可以构成一个高精度的数字温度传感器。该公司将这个校正值定入芯片中的不挥发存储器中，这样传感器输出的数字量就可以作为 实际测量的温度数据，而不需要再进行校准。它可测量的温度范围为-55℃~+125℃，在 0℃~+70℃范 围内，测量精度为±0.5℃，输出的 9 位编码直接与温度相对应。 DS1621 同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的，由 CPU 生成串行时钟脉冲（SCL），SDA 是双向数据线。通过地 址引脚 A0、A1、A2 将 8 个不同的地址分配给各器件。通过设定寄存器来设置工作方式，并对工作状态进 行监控。被测的温度数据被存储在温度传感器寄存器中，高温（TH）和低温（TL）阈值寄存器存储了恒温 器输出（Tout）的阈值。 现在，各种集成的温度传感器的功能越来越专业化。比如，MAXIM 公司近期推出的 MAX1619 是一种增强型精密远端数字温度传感器，能够监测远端 P-N 结和其自身封装的温度。 它具有双报警输出：ALERT 和 OVERT。ALERT 用于指示各 传感器的高/低温状态，OVERT 信号等价于 一个自动调温器，在远端温度传感器超上限时触发，MAX1619 与 MAX1617A 完全软件兼容，非常适合 于系统关断或风扇控制，甚至在系统“死锁”后仍能正常工作。美国达拉斯半导体公司的 DS1615 是有记录 功能的温度传感器。器件中包含实时时钟、数字式温度传感器、非易失性存储器、控制逻辑电路以及串行 接口电路。数字温度传感器的测量范围为-40℃~+85℃，精度为±2℃，读取 9 位时的分辨率是 0.03125℃。 时钟提供的时间从秒至年月， 并对到 2100 年以前的闰年作了修正。 电源电压为 2.2V~5.5V， 8 脚 SOIC 封装。DS17775 是数字式温度计及恒温控制器集成电路。其中包含数字温度传感器、A/D 转 换器、数字寄存器、恒温控制比较器以及两线串行接口电路。供电电压在 3V 至 5V 时的测量温度精度为 ±2℃，读取 9 位时的分辨率是 0.5℃，读取 13 位时的分辨率是 0.03125℃。 tiankai ( 13:58:29) 常用温度传感器的原理及发展 1 引言 科学技术离不开测量。测量的目的就是要获得被测对象的有关物理 或化学性质的信息，以便根据这些信息对被测对象进行评价或控制，完成这一功能的器件就我们称之为传感器。传感器是信息技术的前沿尖端产品，被广泛用于工农业生产、科学研究和生等领域，尤其是温度传 感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下 3 个阶段; (1)传统的 分立式温度传感器(含敏感元件);主要是能够进行非电量和电量之间转换。 (2)模拟集成温度传感器/控制 器; (3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化 的方向发展。 2 传感器的分类 传感器分类方法很多，常用的有 2 种:一种是按被测的参数分，另一种是 按变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量 参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温 度传感器属于热工参数。 温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为 2 大类:一类是接触式温度传 感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热 传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并在一定程度 上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这 种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。目前最常用的是辐射热交换原 理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的 温度分布，但受环境的影响比较大。 3 传感器的原理及发展 3.1 传统的分立式温度传感器―热电偶传感 器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影 响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50℃-1600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-镍铬，最低 可测到-269℃，钨-铼最高可达 2800℃。 热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体 A 和 B 连接起来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图 1 所示。当导体 A 和 B 的两个接点 1 和 2 之 间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象即称为热电效应， 也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应进行工作的。热电偶的一端是将 A、B 两种导体焊接在一起， 称为工作端，置于温度为 t 的被测介质中。另一端称为参比端或自由端，放于温度为 t0 的恒定温度下。当 工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度 值。 热电偶两端的热电势差可以用下式表示: Et=E(t)-E(t0) 式中:Et―热电偶的热电势 E(t)―温度为 t 时的热电势 E(t0)―温度为 t0 时的热电势 tiankai ( 13:58:51) 当参比端的温度 t0 恒定时，热电势只于工作端的温度有关，即 Et=f(t)。 当组成热电偶的热电极的材料 均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极的成分及两端的温度有关。 3.2 集 成(IC)温度传感器 (1)模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的， 因此亦称硅传 感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在 20 世纪 80 年代问世的，它是将温度传感器集成在 一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一 (仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、 控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。目前在国内外仍普遍应用的一种集成传感器，下面介绍一 种具有高灵敏度和高精度的 IC 温度传感器―AN6701。 AN6701 的原理图如图 2 所示，它由温度检测电 路、温度补偿电路以及缓冲放大器 3 部分组成。 IC 温度传感器的检测电路是利用晶体管对两个发射极的 电流密度差产生基极-发射极之间的电压差(VbC)的原理而工作的。图 3 所示为温度检测及温度补偿电路 图。 2 中， 图 T1-T5 为检测电路， T8-T11 及 RC 组成的电路产生正比其绝对温度的电流， 该电流通过 T12 和 T13 注入 T7，即可获得对应于注入电流的补偿温度。RC 为外接电阻，使传感器的校准比较方便。 (2) 智能温度传感器 传感器(亦称数字温度传感器)是在 20 世纪 90 年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传 感器内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多 路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能 输出温度数据及相关的温度控制量， 适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测 试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。 4 智能温度传感器发展的新趋势 21 世纪后，智能 温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研 制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 4.1 提高测温精度和分辨力 21 世纪 90 年代中期最早推出的 智能温度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 1℃。目前，国外已相继 推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是 9～12 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.5～ 0.0625℃。由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨力智能温度传感器，能输出 13 位二 进制数据，其分辨力高达 0.03125℃，测温精度为±0.2℃。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率， tiankai ( 13:59:22) 也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。以 AD7817 型 5 通道智能温度传感器为例，它对本地传感 器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27?s、9?s。 4.2 增加测试功能 温度传感器的测试功能也在 不断增强。 例如， DS1629 型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC)， 使其功能更加完善。 DS1624 还增加了存储功能，利用芯片内部 256 字节的 E2PROM 存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度 传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。 传感器都 具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限 扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄 存器来设定其 A/D 转换速率(典型产品为 MAX6654)， 分辨力及最大转换时间(典型产品为 DS1624)。4.3 总线技术的标准化与规范化 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用总线主要有单线 (1-Wire)总线、I2C 总线、SMBus 总线和 SPI 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进 行通信。 4.4 可靠性及安全性设计 D 转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑 制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器(例如 TMP03/204、LM74、LM83)普遍采用 了高性能的∑-? 式 A/D 转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低;由于采用数字反馈方 式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度传感器兼有抑制串模干 扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。 为了避免在温控系统受到噪声干扰时产生误动作，在 AD17、LM75/76、MAX 等智能温度传感器的内部，都设置了一个可编程的 “故障排队(faultqueue)”计数器，专用于设定允许被测温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超 过上限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数 n(n=1～4)时，才能触发中断端。若故障次数不满足上 述条件或故障不是连续发生的，故障计数器就复位而不会触发中断端。这意味着假定 n=3 时，那么偶然受 到一次或两次噪声干扰，都不会影响温控系统的正常工作。 76 型智能温度传感器增加了温度窗口比较器， 非常适合设计一个符合 ACPI(AdvancedConfigurationandPowerInterface， 即“先进配置与电源接口”) 规范的温控系统。这种系统具有完善的过热保护功能，可用来监控笔记本电脑和服务器中 CPU 及主电路的 温度。微处理器最高可承受的工作温度规定为 tH，台式计算机一般为 75℃，高档笔记本电脑的专用 CPU 可达 100℃。一旦 CPU 或主电路的温度超出所设定的上、下限时，INT 端立即使主机产生中断，再通过 电源控制器发出信号，迅速将主电源关断起到保护作用。此外，当温度超过 CPU 的极限温度时，严重超温 报警输出端(T_CRIT_A)也能直接关断主电源，并且该端还可通过独立的硬件判断电路来切断主电源，以防主电源控制失灵。 上述三重安全性保护措施已成为国际上设计温控系统的新观念。 为防止因人体静电 放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度传感器还增加了 ESD 保护电路，一般可承受 V 的静 电放电电压。通常是将体等效于由 100pF 电容 1.2k? 电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，TCN75 型智能温度传感器的串行接口端、 中断/比较器信号输出端和地址输入端均可承受 1000V 的静电放电电压。 LM83 型智能温度传感器则可随 4000V 的静电放电电压。最新开发的智能温度传感器(例如 MAX6654、 LM83)还增加了传感器故障检测功能，能自动检测外部晶体管温度传感器(亦称远程传感器)的开路或短路 故障。MAX6654 还具有选择“寄存阻抗抵消”(ParasiticResistanceCancellation，英文缩写为 PRC)模 式，能抵消远程传感器引线阻抗所引起的测温误差，即使引线阻抗达到 100?，也不会影响测量精度。远 程传感器引线可采用普通双绞线或者带屏蔽层的双绞线。 4.5 虚拟温度传感器和网络温度传感器 虚拟传 感器是基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成传感器的标定及校准，以 实现最佳性能指标。最近，病因 B&K 公司已开发出一种基于软件设置的 TEDS 型虚拟传感器，其主要特 点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘， 软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。 使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出 有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。 5 结束语 随着 工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度传感器的要求也越来越高，归纳起来有 以下几个方面: 扩展测温范围:目前工业常用的测温范围为-200℃-3000℃，随着工业的发展，对超高温、 超低温的测量要求越来越迫切，如在宇宙火箭技术中常常需要测量几千度的高温。 l 提高测量精度:随着电 子技术的发展，信号处理仪表的精度有了很大的提高，特别是微型计算机的使用使得对信号的处理精度更 加提高。 扩大测温对象:随着工业和人们日常生活要求的提高，现在已由点测量发展到线、面测量。在环 境保护、家用电器上都需要各种各样的测温仪表。 l 发展新产品，满足特殊需要:在温度测量中，除了进一 步扩展与完善管缆热电偶、热电阻，以及晶体管测温元件、快速高灵敏度的普通热电偶外，而且根据被测 对象的环境，提出了许多特殊的要求。如防硫、防爆、耐磨的热电偶，钢水连续测温，火焰温度测量等。 显 示数字化:温度仪表不但具有读数直观、无误差、分辨率高、测量误差小的特点，而且给温度仪表的智能化 带来很大方便。 检定自动化:由于温度校验装置将直接影响温度仪表质量的提高，值得在这方面花大力气 进行研究。我国已研制出用微型机控制的热电偶校验装置。 tiankai ( 14:00:49) 智能温度传感器的发展趋势 现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和 信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、 科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶 段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)智能温度传感器。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 １ 集成温 度传感器的产品分类 1.1 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称 硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在 20 世纪 80 年代问世的，它是将温度传感器集 成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能 单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测 温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器， 典型产品有 AD590、AD592、TMP17、LM135 等。 1.2 模拟集成温度控制器 模拟集成温度控制器主 要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有 LM56、AD22105 和 MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如 TC652/653)中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似 之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。 1.3 智能温度传感器 智能 温度传感器(亦称数字温度传感器)是在 20 世纪 90 年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动 测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包 含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中 央控制器(cpu)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据 及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的， 其智能化程度也取决于软件的开发水平。 2 智能温度传感器发展的新趋势 进入 21 世纪后，智能温度传 感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片 测温系统等高科技的方向迅速发展。 2.1 提高测温精度和分辨力 在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能 温度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 1°C。目前，国外已相继推 出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是 9~12 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.5~0.0625°C。 由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨力智能温度传感器， 能输出 13 位二进制数据，其分辨力高达 0.03125°C，测温精度为±0.2°C。为了提高多通道智能温度传感器的转换 速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。以 AD7817 型 5 通道智能温度传感器为例，它对本 地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27us、9us。 2.2 增加测试功能 新型智能温度传感器 的测试功能也在不断增强。例如，DS1629 型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功 能更加完善。DS1624 还增加了存储功能，利用芯片内部 256 字节的 E2PROM 存储器，可存储用户的短 信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造 了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待 机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机(外部微处理 器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其 A/D 转换速率(典型产品为 MAX6654)，分辨力及最大转换 时间(典型产品为 DS1624)。能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有 DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温 控系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。 2.3 总线技术的标准化与规范化 目 前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C 总线、SMBus 总线和 spI 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。 2.4 可靠性 及安全性设计 传统的 A/D 转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声 及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器(例如 TMP03/04、LM74、LM83)普遍采用了高性能的 Σ －? 式 A／Ｄ转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过 采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。Σ－? 式 A／D 转换器不仅能滤除量化噪声，而且对 外围元件的精度要求低；由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的 转换精度。这种智能温度传感器兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。为了避 免在温控系统受到噪声干扰时产生误动作，在 AD17、LM75／76、MAX 等智能温度传感器的内部，都设置了一个可编程的“故障排队(fAultqueue)”计数器，专用于设定允许被测 温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数 n(n=1~4)时，才能触发中断端。若故障次数不满足上述条件或故障不是连续发生的，故障计数器就复位 而不会触发中断端。这意味着假定 n=3 时，那么偶然受到一次或两次噪声干扰，都不会影响温控系统的正常工作。 LM76 型智能温度传感器增加了温度窗口比较器，非常适合设计一个符合 ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先进配置与电源接口”)规范的温控系统。这种系统具有完善 的过热保护功能，可用来监控笔记本电脑和服务器中 CPU 及主电路的温度。微处理器最高可承受的工作温 度规定为 tH，台式计算机一般为 75°C，高档笔记本电脑的专用 CPU 可达 100°C。一旦 CPU 或主电路的 温度超出所设定的上、下限时， INT 端立即使主机产生中断，再通过电源控制器发出信号，迅速将主电源 关断起到保护作用。此外，当温度超过 CPU 的极限温度时，严重超卤 ?涑龆?T_CRIT_A)也能直接关断 主电源，并且该端还可通过独立的硬件关断电路来切断主电源，以防主电源控制失灵。上述三重安全性保 护措施已成为国际上设计温控系统的新观念。为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度传 感器还增加了 ESD 保护电路， 一般可承受 V 的静电放电电压。 通常是将人体等效于由 100PF 电容和 1.2K 欧姆电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，TCN75 型智能温度传感器的串行接口端、中 断／比较器信号输出端和地址输入端均可承受 1000V 的静电放电电压。LM83 型智能温度传感器则可承 受 4000V 木驳绶诺绲缪埂最新开发的智能温度传感器(例如 MAX6654、LM83)还增加了传感器故障检测 功能，能自动检测外部晶体管温度传感器(亦称远程传感器)的开路或短路故障。MAX6654 还具有选择“寄 生阻抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文缩写为 prc)模式，能抵消远程传感器引线阻抗 所引起的测温误差，即使引线阻抗达到 100 欧姆，也不会影响测量精度。远程传感器引线可采用普通双绞 线或者带屏蔽层的双绞线。 2.5 虚拟温度传感器和网络温度传感器 (1)虚拟传感器虚拟传感器是基于传感 器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成传感器的标定及校准，以实现最佳性能指 标。最近，美国Ｂ＆Ｋ公司已开发出一种基于软件设置的 TEDS 型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器 都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感 器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然 后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。 (2)网络温度传感器网络温度 传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。数字传感器首先将被测温度转换成 数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执 行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准，可做到“即插 即用(Plug&PlAy)”，这样就极大地方便了用户。 2.6 单片测温系统单片系统(System On Chip)是 21 世 纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达 108~109 元件/片，这将给 IC 产业及 IC 应用带来划时代的进步。半导体工业协会(SIA)对单片系统集成所作的预测见表 1。目前，国 际上一些著名的 IC 厂家已开始研制单片测温系统，相信在不久的将来即可面市。 表 1 单片系统集成电路 的发展预测年 份-----------------2001-----2002------2007----2010 最小线宽 /um-----------0.18-----0.13------0.1-----0.07 包含晶体管数量/片 ------1.3X108--2.5X108---5X108---9X108 成本/(晶体管/毫美 分)---0.2------0.1-------0.05----0.02 芯片尺寸/mm2-----------750-----900------1100----1400 电源电压/V-------------1.8-----1.5--- ----1.2-----0.9 新片 I/O 数 -------------2000----2600-------3600---4800 tiankai ( 14:08:38)温度传感器 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。温度传感器 这些呈现规律性变化的物理性质 主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大 类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。按照温度传感器输出信号的模式，可大致 划分为三大类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。进入 21 世纪后，智能温 度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制 单片测温系统等高科技的方向迅速发展。智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、可作为从机可通过 专用总线接口与主机进行通信。 温度传感器-接触式温度传感器 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内， 温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误 差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶 等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术 在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量 120K 以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度 计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于 测量 1.6～300K 范围内的温度。 温度传感器-非接触式温度传感器 它的敏感元件与被测对象互不接触， 又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温温度传感器 度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括 亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能 测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才 是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决 于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需 要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和 各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于 固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响 能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最 终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能 受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数： 式中 ε 为材料表面发射率，ρ 为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深 度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和 控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。 非接触测温优点： 非接触测温优点 测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于 1800℃以上的高温， 主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至 常温都已采用，且分辨率很高。 温度传感器-热电偶 工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成 工作原理 一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为 T，称为工作端或热端，另一端温 度为 TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生，如图 2-1(a)所示，即回路中存在的 电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两 个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，热电偶原理图 此处便吸收或放出热量(取决 于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取 决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的 热电势 EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产 生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在 温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面 大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同 而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处 a，b 之间便有一电动势差 △V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图 2-1(b)所示。并规定在冷端，当电流由 A 流向 B 时，称 A 为正极，B 为负极。实验表明，当△V 很小时，△V 与△T 成正比关系。定义△V 对△T 的微分热电势为 热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的 温度差。 种类 目前，国际电工委员会（IEC）推荐了 8 种类型的热电偶作为标准化热电偶，即为 T 型、 E 型、J 型、K 型、N 型、B 型、R 型和 S 型。 温度传感器-热电阻[p=30, 2, left]材料特性 导体的电阻 材料特性 值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传 感器，这种传感器主要用于-200―500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电 阻的材料应具有以下特性： ①电阻温度系数要大而且稳定， 电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。 ② 电阻率高，热容量小，反应速度快。 ③材料的复现性和工艺性好，价格低。[/p]热敏电阻温度特性 ④在测温范围内化学物理特性稳定。目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。 铂电阻 铂电阻与温度之 间的关系接近于线性 （如右图） 在 0～630.74℃范围内可用下式表示 Rt＝R0(1+At+Bt2)在-190～0℃ ， 范围内为 Rt＝R0(1+At+Bt2 十 Ct3) 。式中：RO、Rt 为温度 0°及 t°时铂电阻的电阻值， 为任意温度， t A、 C 为温度系数， B、 由实验确定， A＝3./℃， B＝-5.847×10-7／℃2， C＝-4.22×10-l2/℃ 3。由公式可看出，当 R0 值不同时，在同样温度下，其 Rt 值也不同。 [p=30, 2, left]铜电阻 在测温精 铜电阻度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。在-50～150℃的温 度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为 Rt＝R0(1+At)(2-3)式中，A＝ 4.25×10-3～4.28×10-3℃为铜电阻的温度系数。[/p] 温度传感器-模拟温度传感器[p=30, 2, left]传 统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和 RTDS 对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进 行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度 好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 IC 上， 有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有 LM3911、LM335、LM45、AD22103 电压 输出型、AD590 电流输出型。这里主要介绍该类器件的几个典型。 AD590 温度传感器[/p]AD590 AD590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为 3~30V，输出电流 223?A（-50℃）~423?A（+150℃），灵敏度 为 1?A/℃。当在电路中串接采样电阻 R 时，R 两端的电压可作为喻出电压。注意 R 的阻值不能取得太大， 以保证 AD590 两端电压不低于 3V。AD590 输出电流信号传输距离可达到 1km 以上。作为一种高阻电 流源，最高可达 20M?，所以它不必考虑选择开关或 CMOS 多路转换