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。

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　　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