溫度傳感器的類型和工作原理

溫度是最常測量的環(huán)境量。這可能是預(yù)期的，因為大多數(shù)物理，電子，化學(xué)，機(jī)械和生物系統(tǒng)都受溫度影響。某些化學(xué)反應(yīng)，生物過程甚至電子電路在有限的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)最佳。溫度是最常測量的變量之一，因此有很多方法可以感知溫度。溫度傳感可以通過直接接觸加熱源進(jìn)行，也可以遠(yuǎn)程進(jìn)行，而不需要使用輻射能直接接觸輻射源。目前市場上有各種各樣的溫度傳感器，包括熱電偶，電阻溫度檢測器（RTD），熱敏電阻，紅外線和半導(dǎo)體傳感器。

5種溫度傳感器????

• 熱電偶：它是一種溫度傳感器，通過在一端連接兩種不同的金屬制成。連接端稱為HOT JUNCTION。這些不同金屬的另一端稱為冷端或冷端。冷結(jié)實際上是在熱電偶材料的最后點形成的。如果熱結(jié)和冷結(jié)之間存在溫差，則會產(chǎn)生很小的電壓。該電壓被稱為EMF（電動勢）并且可以被測量并且反過來用于指示溫度。

• RTD是一種溫度傳感器件，其電阻隨溫度變化。通常由鉑金制成，雖然由鎳或銅制成的器件并不少見，但RTD可以采用許多不同的形狀，如繞線，薄膜。要測量RTD兩端的電阻，請施加恒定電流，測量結(jié)果電壓，并確定RTD電阻。RTD對溫度曲線表現(xiàn)出相當(dāng)線性的阻力在它們的操作區(qū)域，任何非線性都是高度可預(yù)測和可重復(fù)的。PT100 RTD評估板使用表面貼裝RTD測量溫度。外部2,3或4線PT100也可以與偏遠(yuǎn)地區(qū)的測量溫度相關(guān)聯(lián)。使用恒定電流源對RTD進(jìn)行偏置。為了減少由于功耗引起的自熱，電流幅度適度地低。圖中所示的電路是恒流源，使用參考電壓，一個放大器和一個PNP晶體管。

• 熱敏電阻：與RTD類似，熱敏電阻是一種溫度傳感器件，其電阻隨溫度變化。然而，熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成。電阻的確定方式與RTD相同，但熱敏電阻表現(xiàn)出高度非線性電阻與溫度曲線的關(guān)系。因此，在熱敏電阻工作范圍內(nèi)，我們可以看到非常小的溫度變化引起的大電阻變化。這使得設(shè)備非常靈敏，是設(shè)定點應(yīng)用的理想選擇。

• 半導(dǎo)體?傳感器：它們分為不同類型，如電壓輸出，電流輸出，數(shù)字輸出，電阻輸出硅和二極管溫度傳感器?，F(xiàn)代半導(dǎo)體溫度傳感器在約55°C至+ 150°C的工作范圍內(nèi)提供高精度和高線性度。內(nèi)部放大器可以將輸出調(diào)整為方便的值，例如10mV /°C。它們也適用于寬溫度范圍熱電偶的冷端補(bǔ)償電路。下面給出了關(guān)于這種溫度傳感器的簡要細(xì)節(jié)。

傳感器IC

有多種溫度傳感器IC可用于簡化最廣泛的溫度監(jiān)控挑戰(zhàn)。這些硅溫度傳感器在幾個重要方面與上述類型顯著不同。首先是工作溫度范圍。溫度傳感器IC可在-55°C至+ 150°C的標(biāo)稱IC溫度范圍內(nèi)工作。第二個主要區(qū)別是功能。

硅溫度傳感器是集成電路，因此可以在與傳感器相同的封裝內(nèi)包括廣泛的信號處理電路。無需為溫度傳感器Ics添加補(bǔ)償電路。其中一些是具有電壓或電流輸出的模擬電路。其他人將模擬傳感電路與電壓比較器相結(jié)合，以提供警報功能。其他一些傳感器IC將模擬傳感電路與數(shù)字輸入/輸出和控制寄存器相結(jié)合，使其成為基于微處理器的系統(tǒng)的理想解決方案。

數(shù)字輸出傳感器通常包含溫度傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），雙線數(shù)字接口和用于控制IC操作的寄存器。連續(xù)測量溫度，可隨時讀取。如果需要，主機(jī)處理器可以指示傳感器監(jiān)控溫度，并在溫度超過編程限制時將輸出引腳置為高電平（或低電平）。還可以編程較低的閾值溫度，并且當(dāng)溫度降至該閾值以下時可以通知主機(jī)。因此，數(shù)字輸出傳感器可用于基于微處理器的系統(tǒng)中的可靠溫度監(jiān)測。

以上溫度傳感器有三個端子，需要最大5.5 V電源。這種類型的傳感器由根據(jù)溫度執(zhí)行操作以改變電阻的材料組成。這種電阻變化由電路檢測并計算溫度。當(dāng)電壓升高時，溫度也會升高。我們可以通過使用二極管來看到這種操作。

溫度傳感器直接連接到微處理器輸入，因此能夠與微處理器直接可靠地通信。傳感器單元可以與低成本處理器有效通信，而無需A / D轉(zhuǎn)換器。

溫度傳感器的一個例子是??LM35。LM35系列是精密集成電路溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成線性比例。LM35的工作溫度為-55?至+120?C。

基本的攝氏溫度傳感器（+2?C至+150?C）如下圖所示。

LM35溫度傳感器的特點：

• 直接在攝氏度（攝氏度）校準(zhǔn)
• 額定滿量程為-55?至+150?C
• 適合遠(yuǎn)程應(yīng)用
• 由于晶圓級修整而成本低
• 工作電壓為4至30伏
• 低自熱，
• ±1 /4?C典型的非線性

LM35的操作：

• LM35可以像其他集成電路溫度傳感器一樣輕松連接。它可以粘附或建立在表面上，其溫度將在表面溫度的0.01?C范圍內(nèi)。
• 這假定環(huán)境空氣溫度與表面溫度大致相同;?如果空氣溫度遠(yuǎn)高于或低于表面溫度，則LM35模具的實際溫度將處于表面溫度和空氣溫度之間的中間溫度。

溫度傳感器在環(huán)境和過程控制以及測試，測量和通信方面具有眾所周知的應(yīng)用。數(shù)字溫度是一種傳感器，可提供9位溫度讀數(shù)。數(shù)字溫度傳感器具有出色的精確度，可在0°C至70°C范圍內(nèi)讀取，精度可達(dá)±0.5°C。這些傳感器完全符合攝氏度的數(shù)字溫度讀數(shù)。

• 數(shù)字溫度傳感器：數(shù)字溫度傳感器無需在應(yīng)用中使用額外的元件，如A / D轉(zhuǎn)換器，也無需在使用熱敏電阻時根據(jù)需要在特定的參考溫度下校準(zhǔn)元件或系統(tǒng)。數(shù)字溫度傳感器處理所有事情，簡化了基本系統(tǒng)溫度監(jiān)控功能。

數(shù)字溫度傳感器的優(yōu)點主要在于其攝氏度的精確輸出。傳感器輸出是平衡數(shù)字讀數(shù)。這意味著沒有其他組件，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且比簡單的熱敏電阻更容易使用，該熱敏電阻提供具有溫度變化的非線性電阻。

數(shù)字溫度傳感器的一個例子是DS1621，它提供9位溫度讀數(shù)。

功能DS1621：

1. 無需外部組件。
2. 測量-55℃至+ 125℃的溫度范圍，間隔為0.5?。
3. 將溫度值設(shè)為9位讀數(shù)。
4. 寬電源范圍（2.7V至5.5V）。
5. 在不到一秒的時間內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字字。
6. 恒溫設(shè)置是用戶可定義的和非易失性的。
7. 它是8引腳DIP。

別針說明：

• SDA – 2線串行數(shù)據(jù)輸入/輸出。
• SCL – 2線串行時鐘。
• GND – 接地。
• TOUT – 恒溫器輸出信號。
• A0 – 芯片地址輸入。
• A1 – 芯片地址輸入。
• A2 – 芯片地址輸入。
• VDD – 電源電壓。

DS1621的工作：

• 當(dāng)器件的溫度超過用戶定義的溫度HIGH時，輸出TOUT有效。輸出將保持有效，直到溫度降至用戶定義的溫度LOW以下。
• 用戶定義的溫度設(shè)置保存在非易失性存儲器中，因此可以在插入系統(tǒng)之前對其進(jìn)行編程。
• 通過在編程中發(fā)出READ TEMPERATURE命令，以9位，2的補(bǔ)碼讀數(shù)提供溫度讀數(shù)。
• 2線串行接口用于DS16121的輸入，用于溫度設(shè)置和DS1621的溫度讀數(shù)輸出