你(nǐ)好(hǎo)!歡迎訪(fǎng)問深圳市嵩隆電子有限公司官網 熱線電話:18682208168
Banner
新聞中心
聯係(xì)我們

深圳市嵩隆電子有限公司

聯(lián)係(xì):18682208168

郵箱:alin@czy666888.com

地(dì)址:深(shēn)圳(zhèn)市寶安西鄉(xiāng)前進二路恒明(míng)珠(zhū)工(gōng)業園C棟6樓

常(cháng)用(yòng)溫度傳感器應用實例(lì)及發展趨勢(shì)簡(jiǎn)介

  引言傳感器(qì)是信息技(jì)術的前沿尖端產(chǎn)品,被廣泛(fàn)用於(yú)工農業(yè)生產、科學研究和生等領域(yù),尤其是溫度傳感器(PT100溫度傳感器),使用(yòng)範(fàn)圍廣,數量多,居各種傳感器之首。溫度傳感器有(yǒu)3個(gè)發展階(jiē)段:即傳統的分立式溫度

  溫度傳感器是信(xìn)息(xī)技術的前沿尖端產品,被(bèi)廣泛用於(yú)工農業生產、科學研究和生等領(lǐng)域,尤其是溫度傳感(gǎn)器(PT100溫(wēn)度傳(chuán)感器),使用範(fàn)圍廣(guǎng),數(shù)量多,居各種傳感器之首。溫度傳感器有3個發展階段:即傳統的分立式(shì)溫度傳感器、模擬集成(chéng)溫度傳感器、智能(néng)溫度傳(chuán)感器。目前,國(guó)際(jì)上新型溫度(dù)傳感器正從模擬(nǐ)式向數字式、由集成化向智(zhì)能(néng)化(huà)、網絡化的方向發展(zhǎn)。本文主要介紹常用溫度傳(chuán)感器應用實例及發展趨勢。

  1、傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的分類

  溫(wēn)度傳感(gǎn)器按傳(chuán)感器於(yú)被測介(jiè)質的接(jiē)觸方式(shì)可分為2大類:一類是接觸(chù)式溫度傳感器,一類是非接觸式溫(wēn)度傳感器,接(jiē)觸式溫度傳感器的測溫元件與(yǔ)被測對象要有良好的熱接(jiē)觸,通過熱傳(chuán)導及對流原理達到熱平(píng)衡(héng),這(zhè)時的示值即為被測對(duì)象的溫度。這(zhè)種測溫(wēn)方法精度比較(jiào)高,並在一定程度上還可測量物體內部的溫度分布(bù),但對於運動(dòng)的、熱容量比較小的、或對感溫元(yuán)件有腐蝕作用(yòng)的(de)對象,這(zhè)種(zhǒng)方法將會產(chǎn)生很大的(de)誤差。

  非接觸測溫的測(cè)溫(wēn)元件與被測對象互不接觸。目前最常用的是輻射(shè)熱交(jiāo)換原理(lǐ)。此種(zhǒng)測溫方(fāng)法的主要特點是可測量(liàng)運動(dòng)狀態的小(xiǎo)目標及熱容量小或變化迅速的(de)對象,也可測溫度場的溫度分布,但(dàn)受環境的影響(xiǎng)比較大。

  2、集成(IC)溫度傳感器應用實例(lì)

  (1)模擬集(jí)成溫度傳感器

  集成傳(chuán)感器是采用矽半導體集成工藝而製成的,因(yīn)此亦稱矽傳感器或單片集成溫度(dù)傳感器(qì)。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的,它是將溫度傳感器(qì)集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模(mó)擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器(qì)的主要特點(diǎn)是(shì)功能單(dān)一(僅測量溫度)、測溫誤(wù)差(chà)小(xiǎo)、價格低、響應速度快(kuài)、傳輸距離遠、體積小、微功(gōng)耗等,適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控測,不需要進行非(fēi)線性校準(zhǔn),外圍電路簡單。目(mù)前在國內外仍普遍應用的一種集成傳感器,下麵介紹(shào)一(yī)種具有(yǒu)高靈敏(mǐn)度和高精度(dù)的IC溫(wēn)度傳感器-AN6701。

  12.gif

  AN6701溫度(dù)傳感器(qì)由溫度檢測(cè)電路、溫度(dù)補償(cháng)電路以及緩衝放(fàng)大器3部分組成。IC溫度傳感器的檢(jiǎn)測(cè)電路是利用(yòng)晶體管(guǎn)對兩個發射極的電流密度差產生基(jī)極-發射極之間的電壓差(VbC)的原理而(ér)工(gōng)作的。

  (2)智能溫度傳感器

  傳(chuán)感器(亦稱數字溫度傳感器(qì))是在(zài)20世紀90年(nián)代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和(hé)自動測(cè)試技術(ATE)的結晶。目(mù)前,國(guó)際上已開(kāi)發出多種智能溫度傳感器係列產(chǎn)品。智(zhì)能溫度傳感器內(nèi)部都(dōu)包含(hán)溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理(lǐ)器、存儲器(或寄(jì)存器)和接口電路。有的產品還(hái)帶多路選擇(zé)器(qì)、中央(yāng)控製(zhì)器(CPU)、隨機(jī)存取存(cún)儲(chǔ)器(RAM)和(hé)隻讀存(cún)儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關(guān)的溫度控製量,適配各種微控製器(qì)(MCU);並且它是在硬件的(de)基礎(chǔ)上(shàng)通過軟件來實現測試功能(néng)的,其智能(néng)化(huà)和諧也取決於(yú)軟件的開發水平。

  3、智(zhì)能溫度傳感器發展的新趨勢

  21世(shì)紀後,智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可(kě)靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研製單(dān)片(piàn)測溫係(xì)統等高(gāo)科技的方向迅速(sù)發展。

  3.1提高測溫精度(dù)和分辨力

  21世紀90年代(dài)中期最早推出的智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì),采用的是8位A/D轉換(huàn)器,其測溫精度較低,分辨力隻(zhī)能達(dá)到1℃。目前,國外已(yǐ)相繼推出多種高速度、高分(fèn)辨力的智能溫(wēn)度傳(chuán)感(gǎn)器(qì),所用的是(shì)9~12位A/D轉換器,分辨(biàn)力一般(bān)可達(dá)0.5~0.0625℃。由美國DALLAS半導體公司新研(yán)製的DS1624型(xíng)高分辨力智能溫度傳感(gǎn)器,能輸出13位二進製(zhì)數據,其分辨力高達0.03125℃,測溫(wēn)精(jīng)度為±0.2℃。為(wéi)了提高多通道智能溫(wēn)度傳感器的轉換速(sù)率,也有的(de)芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換(huàn)器。以AD7817型5通道智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器(qì)為例,它(tā)對本地傳感器(qì)、每一(yī)路遠程(chéng)傳感器(qì)的轉換時間分別僅為27μs、9μs。

  3.2增加(jiā)測試功能(néng)

  溫度(dù)傳(chuán)感器的測試功能也在不斷增強。例如,DS1629型(xíng)單線智(zhì)能溫度傳感器增加了(le)實時日曆(lì)時(shí)鍾(RTC),使其功能更(gèng)加完善(shàn)。DS1624還(hái)增加了存儲功能,利用芯片內(nèi)部256字節(jiē)的E2PROM存(cún)儲器,可存(cún)儲用戶的短信息。另外,智能溫度(dù)傳感器(qì)正從單通道向多通(tōng)道的方(fāng)向(xiàng)發展(zhǎn),這就(jiù)為研製(zhì)和開(kāi)發(fā)多(duō)路(lù)溫(wēn)度測(cè)控係(xì)統創造了良(liáng)好條件。

  傳(chuán)感器都具有多種工作模式(shì)可供(gòng)選擇,主要包括單次轉換模(mó)式、連續轉換模(mó)式、待(dài)機模式,有的還增加(jiā)了低溫(wēn)極限擴展模式,操作(zuò)非常簡便。對某些智(zhì)能溫度(dù)傳感器而(ér)言,主機(外部微(wēi)處理器(qì)或單片機)還可通過相應的寄(jì)存器來設(shè)定其A/D轉換(huàn)速(sù)率(典型產品為MAX6654),分辨(biàn)力(lì)及最大轉換時間(典(diǎn)型產品為DS1624)。

  3.3總線(xiàn)技術的標(biāo)準化(huà)與規範(fàn)化

  智能溫度傳感器的總線(xiàn)技術也實現了(le)標準(zhǔn)化、規範化(huà),所采用總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總(zǒng)線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線(xiàn)接口與主機進行(háng)通信(xìn)。

  3.4可靠性及(jí)安全性設計

  D轉換(huàn)器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術,其噪聲(shēng)容限低(dī),抑製混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差(chà)。新型智能溫度傳感器(例如TMP03/204、LM74、LM83)普遍采用了高性能(néng)的∑-Δ式A/D轉換(huàn)器不僅(jǐn)能濾除量化噪聲,而(ér)且對外圍元(yuán)件(jiàn)的精度要求低;由於(yú)采用數字反饋方式,因此比較器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精(jīng)度。這種智能溫(wēn)度傳感器兼有抑製串模幹擾能力強、分(fèn)辨(biàn)力高、線(xiàn)性度好、成本低等優點。

  為了避(bì)免在溫控係統受到噪聲幹擾時產生(shēng)誤動作,在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等智(zhì)能(néng)溫度(dù)傳感器的內部,都設置了一個可編程(chéng)的"故障排隊(faultqueue)"計數器,專用於設定(dìng)允許被測溫度值(zhí)超(chāo)過上、下限的次數。僅當被(bèi)測溫(wēn)度連(lián)續超過上(shàng)限或低(dī)於下限的次數(shù)達到或超過所設定的次數n(n=1~4)時,才能觸(chù)發中(zhōng)斷端(duān)。若故障次數不滿足(zú)上(shàng)述條件或故障不是連續發生的,故障計數器就複(fù)位而不(bú)會觸(chù)發中斷端。這意味著假定n=3時,那麽偶(ǒu)然受到一次(cì)或(huò)兩次噪(zào)聲幹擾,都不會影響溫(wēn)控係(xì)統(tǒng)的正常工(gōng)作。

  76型智(zhì)能溫(wēn)度傳感器增加了溫度窗(chuāng)口比較(jiào)器,非常(cháng)適合(hé)設計一(yī)個符合(hé)ACPI(AdvancedConfigurationandPowerInterface,即"先進配(pèi)置(zhì)與電(diàn)源接口")規(guī)範的溫控係(xì)統。這種係統(tǒng)具有完善的(de)過熱保護功能,可(kě)用(yòng)來監控筆記本(běn)電腦(nǎo)和(hé)服務器中(zhōng)CPU及主電(diàn)路的溫度(dù)。微(wēi)處理器最高可承受的(de)工作溫(wēn)度規定為tH,台式計(jì)算機(jī)一般為75℃,高檔筆記本電腦的專用CPU可達100℃。一旦CPU或主電(diàn)路的溫度超(chāo)出所(suǒ)設(shè)定的(de)上、下限時,INT端立(lì)即使主機產生中斷,再通過電(diàn)源(yuán)控製(zhì)器發出信號,迅(xùn)速(sù)將主電源關(guān)斷(duàn)起到保護(hù)作用。此(cǐ)外,當溫(wēn)度超過(guò)CPU的極限溫度(dù)時,嚴(yán)重(chóng)超溫報警輸出(chū)端(T_CRIT_A)也能直接關斷主電源,並且該端還可通過獨(dú)立的硬件判斷電路來切斷主電源,以防主電源(yuán)控製(zhì)失靈(líng)。上述(shù)三重安全(quán)性保護措施(shī)已成為(wéi)國際上設(shè)計(jì)溫控(kòng)係統的新觀念。

  為防止(zhǐ)因人體(tǐ)靜電放電(ESD)而損壞芯片。一些智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器還增加(jiā)了ESD保護電路,一般可承受1000~4000V的(de)靜電放電電壓。通常是將體等效(xiào)於由100pF電容1.2kΩ電阻串聯而成的電(diàn)路模型,當人體放(fàng)電時,TCN75型智能溫度傳感器的串行接口(kǒu)端、中斷(duàn)/比較器(qì)信(xìn)號(hào)輸出端和(hé)地址輸入端均可承(chéng)受1000V的靜電放電電(diàn)壓。LM83型智能溫度傳感器則可隨4000V的靜電放電電壓。最新開發(fā)的智能溫度(dù)傳感(gǎn)器(例如MAX6654、LM83)還增加了(le)傳感(gǎn)器故障檢測功能(néng),能自動檢測外部晶體管溫度傳感器(亦稱遠程傳感器)的開路或短路(lù)故障(zhàng)。MAX6654還具有選擇"寄存阻抗(kàng)抵消"(ParasiticResistanceCancellation,英文縮寫為PRC)模(mó)式(shì),能抵消遠程傳(chuán)感器引線阻抗所引起的測溫誤差,即使引線阻(zǔ)抗達(dá)到100Ω,也不會影響(xiǎng)測量精(jīng)度。遠程傳感(gǎn)器引線可采(cǎi)用普通雙絞(jiǎo)線或(huò)者帶屏蔽層的雙絞線。

  3.5虛擬溫(wēn)度(dù)傳感器和(hé)網絡溫度傳感器

  虛擬傳(chuán)感器是基於傳感器硬件和計算機(jī)平台、並通過軟件開發而成的。利(lì)用軟件可完成傳感器的標定(dìng)及校(xiào)準,以實現最(zuì)佳(jiā)性能指標(biāo)。最近,病(bìng)因(yīn)B&K公司已開發出一(yī)種基於軟件設置的TEDS型虛擬傳感器,其主要特點是每隻傳感器都有唯一的產品序(xù)列號並(bìng)且(qiě)附帶一張軟盤,軟盤上存儲(chǔ)著對該傳感器(qì)進行標定的有關(guān)數(shù)據。使用(yòng)時,傳感(gǎn)器通過數據采(cǎi)集(jí)器接至計算機,首先從計(jì)算機輸入該傳感器的產(chǎn)品序列(liè)號,再從軟盤上讀出(chū)有關數據,然後自(zì)動(dòng)完(wán)成對傳感(gǎn)器的(de)檢查、傳(chuán)感器參數的讀(dú)取、傳感(gǎn)器(qì)設置和記錄工(gōng)作。

  隨著工(gōng)業生產效率的不斷(duàn)提高,自動(dòng)化水平與範(fàn)圍的不斷擴大,對溫度(dù)傳感器的要求也越來(lái)越高,歸納起(qǐ)來有以下幾個(gè)方麵:擴展測(cè)溫範圍、提高(gāo)測量精度、擴大測(cè)溫對象、發展新產品、顯(xiǎn)示數字化、檢定自動化