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常用温度传感器应用实例及发展趋势简介

  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(PT100温度传感器),使用范围广,数量多,居各种传感器之首。温度传感器有3个发展阶段:即传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、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。本文主要介绍常用温度传感器应用实例及发展趋势。

  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。

  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温度传感器由温度检测电路、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。

  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。

  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。

  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,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27μs、9μs。

  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)。

  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-Wire)总线C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。

  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∑-Δ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AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626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(fault queue)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(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℃,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1000~4000V的静电放电电压。通常是将体等效于由100pF电容1.2kΩ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(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Ω,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 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。

  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、提高测量精度、扩大测温对象、发展新产品、显示数字化、检定自动化。

  随着电子和传感技术的快速发展,温度的测量和控制在民用、工业以及航空航天技术等领域,等到了广泛应用。小型的、低功耗的、廉价的、可靠性高的温度传感器引起了人们的广泛关注。在实际生产、生活等领域中,温度是环境因素不可或缺的一部分,对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。本文基于AT89S51单片机,采用LM35温度传感器,设计了一种灵敏度较高,抗干扰能力强,工作稳定可靠的温度采集显示系统。1、系统结构及工作原理温度采集显示系统电路由温度采集模块、A/D转换模块、单片机控制模块、数码管显示模块和下载模块组成。电路工作原理是:首先由LM35温度传感器采集外界环境的温度,经LM358放大10倍后以电压形式输入到A/D采样电路

  采集显示 /

  发动机冷却液温度传感器又称为水温传感器,其传感器器件一般是安装在发动机缸体、缸盖的水套或者节温器内并伸入水套中。冷却液温度传感器其作用是用于检测发动机冷却液的温度,发动机电子控制元件ECU根据该信号对喷射时间、点火时刻、怠速转速等进行相应的调节,同时也会作为其他控制系统如控制风扇的离合器等的控制信号。我们来看下示波器如何连接冷却液温度传感器。冷却液温度传感器一般分两条线,一条电源线,一条接地线。我们给示波器的一个通道接上一根BNC转香蕉头线。红色香蕉头接上一根刺针,黑色香蕉头接上一个鳄鱼夹。黑色鳄鱼夹搭铁接地,红色刺针就刺入冷却液温度传感器的电源线。启动汽车发动机,然后把示波器时基打到至少50s,调节示波器的垂直档位,使波形在屏幕

  信号及分析 /

  图2-49所示是由集成温度传感器ILPC616构成的摄氏温度检测电路,其与数字式万用表的DC电压2V挡配合,可以直接读取测得的摄氏温度。图2-49所示电路中的RPl(5.1kCl)用于调零,电路安装好后,将μPC616温度传感器放入冰水中(0℃),调整电位器RP1的值,使用于显示的数字式万用表的读数为0后,即可用做摄氏温度计使用了。使用时,应将从万用表上读取的数据的小数点向右移动2位,其所对应的值才是所测的μ摄氏温度值。图2-49所示电路的显示用数字式万用表也可利用其他数字仪表或单独为其配置数字显示电路。

  检测电路 /

  温度传感器是应用最广泛的测量元件之一。随着技术的进步以及工业过程的日趋复杂,在众多行业中温度传感精度将变得越来越苛刻。其中RTD,电阻温度探测器通常由高纯铂金属制成。它们的电阻与温度有直接和可重复的关系。RTD铂温度传感器具有长期稳定性和宽温度范围内的严格公差。它们用于各种电子仪器,白色家电,暖通空调,能源发电行业和机械控制。RTD的工作温度高于陶瓷热敏电阻,与热敏电阻相比,从一度到下一度的变化很小。TE已经能够为各种应用提供关键的温度传感解决方案。为了继续满足客户的需求,TE现正为电阻温度检测器铂薄膜元件提供定制封装,它在要求快速和精确反馈以及能源效率和稳定性的苛刻应用中提供更高精确和更稳

  精度 /

  摘要本文检验最新一代硅芯片温度传感器的准确性。这些传感器提供数字输出,无需线性化,支持小封装尺寸和低功耗。其中许多具备报警功能,以提醒系统存在潜在故障。简介电子行业对精度的要求越来越高,温度检测也不例外。目前市面上有许多温度检测解决方案,每一种都有其优缺点。硅芯片温度传感器,线性度相对较高,而且精度远超其他解决方案。但是,硅芯片温度检测领域的最新进展意味着,使用硅芯片解决方案将可以实现高分辨率和高精度。新冰箱那时正是2020年3月,英国即将进入封锁状态。全球都在囤积食物,以防超市关门,而未来似乎充满不确定。就在这种时候,Bramble家的冰箱罢工了。满脑子都回

  让测量精度更高 /

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