引言傳感器（qì）是信息技術的前沿尖端產品，被廣泛用於工農業生產、科學研究和（hé）生等領（lǐng）域，尤（yóu）其是溫度傳感器（PT100溫度傳感器），使（shǐ）用範圍（wéi）廣，數量多，居各種（zhǒng）傳感器之首。溫度傳感器有3個（gè）發展階段（duàn）：即（jí）傳統的分立式溫（wēn）度

　　溫度傳感器是信息（xī）技術的前沿尖端產品，被廣泛用於工農業生產、科學研究和（hé）生等領域，尤其是溫度傳感器（PT100溫度傳感器），使用範（fàn）圍（wéi）廣，數量多，居各種（zhǒng）傳感器之首。溫度傳感器有3個發展（zhǎn）階段：即傳統的分立式溫度傳（chuán）感器、模擬集成溫度傳感（gǎn）器、智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、由集成化向智能化、網絡化的方向發展（zhǎn）。本文主要介紹常用溫（wēn）度傳感器應用（yòng）實例（lì）及發展趨勢。

　　1、傳感器的（de）分類

　　溫度傳感器（qì）按傳感器（qì）於被測介質的接觸方式可分為2大類:一類是接觸式（shì）溫度傳感器，一（yī）類（lèi）是非接觸式溫度傳感器，接（jiē）觸式溫（wēn）度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接（jiē）觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平（píng）衡，這時的示值即為被測對象的溫度。這（zhè）種測溫方法精度比較高，並在一定程度上還（hái）可測量物體內部的溫度分布，但對於運動（dòng）的、熱容量比較小的、或對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將（jiāng）會產生很大的誤差。

　　非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不（bú）接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。此種測溫方法（fǎ）的主要特點是可測量運（yùn）動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可（kě）測（cè）溫（wēn）度場的溫度（dù）分布，但受環（huán）境的影響比較大。

　　2、集成(IC)溫度傳感器應用實例

　　(1)模擬集成溫度傳感器

　　集成傳感器（qì）是采用（yòng）矽半導體集成工藝而製成的，因此亦稱矽傳感器或單（dān）片集成溫度傳感器。模擬集成溫度（dù）傳（chuán）感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一（yī）個芯片上、可完成溫度測量及（jí）模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫（wēn）度傳感器的主要特點是功能（néng）單一(僅測量溫度（dù）)、測溫誤差小、價（jià）格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等（děng），適合遠距離測溫、控測，不需要進行非線性校準，外圍（wéi）電路簡單。目前在國內外仍普遍應用的一種集成傳感器，下麵介紹一種具有高靈敏度（dù）和高（gāo）精度（dù）的IC溫度傳感器-AN6701。

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　　AN6701溫度傳（chuán）感器由溫度檢（jiǎn）測電路、溫度補償電路以（yǐ）及緩衝（chōng）放大器3部分組成。IC溫度（dù）傳感器的檢測電路是（shì）利用晶體管對兩（liǎng）個發射（shè）極的電流密度差產生基極-發射極之（zhī）間的電壓差(VbC)的原理而工作的。

　　(2)智能溫度傳感器

　　傳（chuán）感器(亦稱數字溫（wēn）度傳感器)是在20世紀90年代中（zhōng）期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。目前，國際上已開發出多種（zhǒng）智能溫度傳感器係列產品（pǐn）。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換（huàn）器、信（xìn）號（hào）處理器（qì）、存儲（chǔ）器(或寄存器)和接口電路。有的產品還（hái）帶多路選擇器、中央（yāng）控製器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和隻讀存儲器(ROM)。智能溫度傳（chuán）感器的特點是（shì）能輸出溫度數據及（jí）相關的（de）溫度控製量，適配各種（zhǒng）微控（kòng）製器(MCU);並且它是在硬件的（de）基礎上通過軟件來實現（xiàn）測試功能的，其智能化和諧也取決於軟件的（de）開發水平。

　　3、智能溫度（dù）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（jīng）度、多功能、總線標準化、高可靠（kào）性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器（qì）、研製單片測（cè）溫係（xì）統等高（gāo）科技的（de）方向迅（xùn）速（sù）發展。

　　3.1提高測溫精度和分辨（biàn）力（lì）

　　21世紀（jì）90年代中期最早推出的智能溫（wēn）度傳感器，采用（yòng）的是（shì）8位A/D轉換器，其測溫精度較低，分辨力隻能達到1℃。目前，國（guó）外已（yǐ）相繼（jì）推出多種高（gāo）速（sù）度、高分辨（biàn）力的智（zhì）能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉換（huàn）器，分辨力一般可（kě）達0.5～0.0625℃。由美國DALLAS半導體公司新研製的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出（chū）13位二進製數據，其分辨力高達0.03125℃，測溫精度為±0.2℃。為了提高（gāo）多（duō）通道（dào）智能溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例（lì），它對本地傳感器、每一（yī）路遠程傳（chuán）感器的轉換時間分（fèn）別僅為27μs、9μs。

　　3.2增加測試功能

　　溫（wēn）度傳（chuán）感器的測試（shì）功能也在不斷增強（qiáng）。例如，DS1629型單線智能溫度傳感（gǎn）器增加了實時日曆時鍾（zhōng）(RTC)，使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內部256字節的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息（xī）。另外，智能溫（wēn）度傳感器正從單通（tōng）道向多通道的方向發展，這就為研製和開發多路溫度測控係統創造了良好條（tiáo）件。

　　傳感器都（dōu）具有多種（zhǒng）工作模式可供選擇，主要（yào）包括單次轉換模式、連續轉（zhuǎn）換模式、待機模式，有的還增加了（le）低溫極限擴展模式，操作非常簡便。對某些智能溫度（dù）傳感器而言，主機(外部微處理器或單片（piàn）機)還可通（tōng）過相應的寄存（cún）器來設定其A/D轉換速率(典型產品為MAX6654)，分辨力及最大轉換時間（jiān）(典型（xíng）產品為DS1624)。

　　3.3總線技術的標準化與規範化

　　智能（néng）溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規範化，所采用總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線（xiàn）和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接（jiē）口與主機（jī）進（jìn）行通信。

　　3.4可靠性（xìng）及安全性（xìng）設計

　　D轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術，其噪聲容限低，抑製混疊噪聲及量化噪聲的能（néng）力比較差（chà）。新型智能溫度傳感器(例如TMP03/204、LM74、LM83)普遍采用了高性能的∑-Δ式A/D轉換器不僅能濾除量化（huà）噪聲（shēng），而且對外圍元件的精度要求低;由於采用數字（zì）反饋（kuì）方式，因此比較器的失調（diào）電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。這種智能溫度傳感器兼有（yǒu）抑製串模幹擾能力強、分辨力（lì）高、線性度好（hǎo）、成本低（dī）等優點。

　　為了避免在溫控係統受到噪聲幹擾時產生誤動作，在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等智能溫度傳感器的內（nèi）部，都設置了一個可編程的"故（gù）障排（pái）隊(faultqueue)"計數器，專用於設定允許被測溫度值超過上、下限的次數。僅當被測溫度連續超過上限或低於下限的次（cì）數達到或（huò）超過所設定的次數n(n=1～4)時，才能觸發（fā）中斷（duàn）端。若故障次數不滿足（zú）上述條（tiáo）件或故障不是連續發生的，故障（zhàng）計數器就複位而不會觸發（fā）中斷端。這意味著假定（dìng）n=3時，那麽偶然受（shòu）到一（yī）次或兩次噪聲幹擾，都不會影響（xiǎng）溫控係統的（de）正常工作。

　　76型智（zhì）能溫度傳感（gǎn）器增加了溫度窗口比（bǐ）較器，非常適合設計一個符合ACPI(AdvancedConfigurationandPowerInterface，即"先進配置與電源（yuán）接口")規範（fàn）的溫控係統。這（zhè）種係（xì）統具有完善的過熱（rè）保護功能，可用來（lái）監控筆記本電腦和（hé）服務器中CPU及主（zhǔ）電（diàn）路的溫度。微處理器最（zuì）高可承受的工作溫度（dù）規定為tH，台式計算機一（yī）般為75℃，高檔筆記本電腦的（de）專用CPU可達100℃。一旦CPU或主（zhǔ）電路的溫度超（chāo）出所設定的上、下限時，INT端立即使主機產（chǎn）生中斷，再通過電源控製器發（fā）出信號，迅速將主電源關斷起到保護（hù）作用（yòng）。此外，當溫度超過CPU的極限（xiàn）溫（wēn）度時，嚴重超溫報警輸出端(T_CRIT_A)也能直接關斷主電源，並且該端還可通過獨（dú）立（lì）的硬件判斷電路來切斷（duàn）主電（diàn）源，以防主電源控（kòng）製失靈（líng）。上述三重安全（quán）性保護措施已成為國際上（shàng）設計溫控係統的（de）新觀念。

　　為防止因人體靜電放電（diàn）(ESD)而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還增加了（le）ESD保護電路，一般可承受1000～4000V的靜電（diàn）放電（diàn）電（diàn）壓。通常是將體等效（xiào）於由100pF電容1.2kΩ電阻串聯而成的電路（lù）模（mó）型，當人體放電（diàn）時，TCN75型智能溫度傳感器的串行接（jiē）口端、中斷/比較器信號輸出端（duān）和地址輸入端均可承受1000V的靜電放電電壓。LM83型智能溫度傳感器則可（kě）隨4000V的靜（jìng）電放電電壓（yā）。最新開發的智能溫度傳感（gǎn）器(例（lì）如MAX6654、LM83)還增加了傳（chuán）感器故障檢測功能，能（néng）自動檢測外部晶（jīng）體管溫度傳感器(亦稱（chēng）遠程傳感器)的開路或短路（lù）故障。MAX6654還具（jù）有選擇（zé）"寄存阻抗抵消"(ParasiticResistanceCancellation，英文縮（suō）寫為PRC)模式，能抵消遠程傳感器引線阻抗所引起的測溫誤差，即（jí）使引線阻抗達（dá）到100Ω，也不會（huì）影響測量精度。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線（xiàn）或者帶屏蔽層的（de）雙絞線。

　　3.5虛擬溫度傳感器和網絡溫度傳感器

　　虛擬傳感器是基於傳（chuán）感器硬（yìng）件和計算機平台（tái）、並通（tōng）過軟件開發而成的。利用軟件可完成（chéng）傳感（gǎn）器的標定及校準，以實現最佳性能指標。最近，病因B&K公司已開發出一種基於（yú）軟件設（shè）置的TEDS型虛擬傳感器，其（qí）主要特點是每隻傳感器都有（yǒu）唯（wéi）一的產品（pǐn）序列號並（bìng）且附帶（dài）一張軟盤（pán），軟盤（pán）上存儲著對該傳感器進行標定的有關數據。使用時，傳感器通過數據采集器接至計算機，首先從計算（suàn）機輸入該傳感器的產品（pǐn）序列號，再從軟盤上（shàng）讀出（chū）有關數據，然後自動（dòng）完成對（duì）傳感器的檢（jiǎn）查、傳感器參（cān）數的讀取、傳感器設置和記錄工作。

　　隨著工業生產效（xiào）率的不斷提高，自動化水（shuǐ）平與範圍的不斷擴（kuò）大，對溫度傳感器的要求也越（yuè）來越高，歸納起來有以下幾個方麵:擴展測溫範圍、提高測量精度、擴大測溫對象、發展新產品、顯示數（shù）字化、檢（jiǎn）定自（zì）動化