溫度傳感器是檢測溫度的器（qì）件，其種類最多，應（yīng）用最廣，發展最快。眾（zhòng）所周知，日常使用的材料及電子（zǐ）元件（jiàn）大部分特性（xìng）都隨溫度而變化，在此我們暫時（shí）介紹最常用的熱電（diàn）阻和熱電偶兩類產品（pǐn）。

　　1.熱電（diàn）偶的工作原理

　　當有兩（liǎng）種不同的導體和半導體A和B組成（chéng）一個回路，其兩（liǎng）端相互連接時，隻要兩結（jié）點（diǎn）處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或（huò）熱端，另（lìng）一（yī）端溫度為（wéi）TO，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有（yǒu）電流（liú）產生，如圖2-1(a)所示，即回路中（zhōng）存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由於溫度不同而產生電動勢的（de）現象稱為塞貝（bèi）克效應。與塞貝克有關的效應有兩個：其一，當有電流流過兩個不同導體的連（lián）接處（chù）時，此（cǐ）處便吸收或放出熱量(取決於電（diàn）流的（de）方向)，稱為珀爾帖效應；其二，當（dāng）有電流流過存在溫度梯度（dù）的導體（tǐ）時，導（dǎo）體吸收或（huò）放出熱量(取決（jué）於電流相對於溫度（dù）梯度的方向（xiàng）)，稱為湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體（tǐ）的組合稱為熱（rè）電偶。熱電偶的（de）熱電勢EAB(T，T0)是（shì）由（yóu）接觸電勢和（hé）溫差（chà）電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同（tóng）的導體或半導體在接觸（chù）處產生的電勢，此電勢與兩種導（dǎo）體或半導體（tǐ）的性質及（jí）在接（jiē）觸（chù）點的溫度有關。溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產生（shēng）的電勢，此電勢隻與導體或半導體的性質和兩（liǎng）端的溫度有關，而與導（dǎo）體的長度、截麵大小、沿其長度方向（xiàng）的溫度分布無關。無論接（jiē）觸電勢或溫差電勢都是由於集中於接（jiē）觸（chù）處端（duān）點的電（diàn）子數不（bú）同而產生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷（duàn）開時，在斷開處（chù）a，b之間便有一電動勢差△V，其極性和大（dà）小與回（huí）路中（zhōng）的熱電勢一致，如圖2-1(b)所示（shì）。並規定在冷端，當電（diàn）流由（yóu）A流（liú）向B時，稱A為正極，B為負極（jí）。實驗（yàn）表明，當△V很小時（shí），△V與△T成正比關係。定義△V對△T的微分熱電勢為（wéi）熱電（diàn）勢率，又稱塞貝克係數。塞貝（bèi）克係數的符（fú）號和大（dà）小取（qǔ）決於組成（chéng）熱電偶的（de）兩種導體的熱電特性和結點的溫度差。

　　2.熱電偶的種類

　　目前（qián），國際（jì）電（diàn）工委員會（IEC）推薦了8種類型的（de）熱電偶作為標（biāo）準化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。

　　熱電阻

　　1.熱電阻材料的特性

　　導（dǎo）體的電阻值隨溫度變化而改變，通（tōng）過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用（yòng）此原理構成的傳感器（qì）就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用於-200—500℃溫度範圍內（nèi）的溫度（dù）測量。

　　純金屬是熱電（diàn）阻的主要製造材（cái）料，熱電（diàn）阻的材料應具有（yǒu）以下特性：

　　①電阻溫度係數要大而且穩定，電阻值與溫度之間應具有良好的線性關係。

　　②電阻率高，熱容量小，反應速度快。

　　③材料的複（fù）現性和工藝性好，價格低。

　　④在測溫範圍內化學物理特性穩定（dìng）。

　　目前，在工業中應用最廣（guǎng）的鉑和銅，並已製（zhì）作成標準（zhǔn）測溫熱電（diàn）阻。

　　2．鉑電阻

　　鉑電（diàn）阻與溫度之（zhī）間的關係接近於線性，在0～630.74℃範圍內可用（yòng）下式表示（shì）Rt＝R0(1+At+Bt2)(2-1)在-190～0℃範圍內為Rt＝R0(1+At+Bt2十Ct3)(2-2)式中，RO、Rt為溫度0°及t°時鉑電阻的電阻值，t為任（rèn）意（yì）溫（wēn）度，A、B、C為溫度係數，由實驗確定，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7／℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3。由（yóu）式(2-1)和式(2-2)看出，當R0值不同時，在同樣溫度下，其Rt值也不同。

　　3．銅（tóng）電阻

　　在測溫精度要求不高，且測溫（wēn）範圍比（bǐ）較小（xiǎo）的情況下，可采用銅電（diàn）阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50～150℃的溫度範圍內，銅電（diàn）阻與溫（wēn）度成線性關係，其電阻與溫度關係的表達式為Rt＝R0(1+At)(2-3)式中，A＝4.25×10-3～4.28×10-3℃為（wéi）銅（tóng）電（diàn）阻的溫度係數

　　按（àn）照（zhào）溫（wēn）度（dù）傳感器

　　輸出信號的（de）模式，可大致劃分為三大類：數字式（shì）溫度傳感器、邏輯（jí）輸出溫度傳感（gǎn）器、模擬式溫度傳（chuán）感器。

　　一、模擬溫度傳感（gǎn）器

　　傳統（tǒng）的模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻（zǔ）和RTDS對（duì）溫度（dù）的監控，在一些溫度範圍內線性不好，需要進行冷端補（bǔ）償或引線補償；熱慣性大，響應時間慢。集成模擬溫度傳感器與之相比（bǐ），具（jù）有（yǒu）靈敏度高、線性度好、響應速度快等（děng）優點，而且它還將驅（qū）動電路、信號處理電路以及必要的邏（luó）輯控製電路集成在單片IC上，有（yǒu）實際尺（chǐ）寸小、使用（yòng）方便等優點。常見的模擬溫（wēn）度傳感器有（yǒu）LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。這裏主要介紹該類器（qì）件的幾個典型。

　　1、AD590溫度傳感（gǎn）器

　　AD590是（shì）美國（guó）模擬器件公司的電流輸出型（xíng）溫（wēn）度（dù）傳感器，供電電（diàn）壓範圍為3"30V，輸出電流223μA（-50℃）"423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當在電（diàn）路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為喻（yù）出電（diàn）壓。注意R的阻值不能取（qǔ）得太大，以（yǐ）保證AD590兩端電壓不低於3V。AD590輸（shū）出（chū）電流信號傳輸距離可達到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換器所引入的附加電阻造（zào）成的誤差（chà）。適用於多點溫度測量和遠距離溫（wēn）度測量（liàng）的控製。

　　2、LM135/235/335溫度傳感器

　　LM135/235/335係列是美國國家半導體公（gōng）司（NS）生產的一種高精（jīng）度易校正的集成溫度傳感器，工作特性類似於齊納穩壓管。該係列器件靈敏（mǐn）度為10mV/K，具有小於1Ω的動態阻抗，工（gōng）作電流（liú）範圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度範圍為-55℃"+150℃，LM235的溫度範圍為-40℃"+125℃，LM335為（wéi）-40℃"+100℃。封裝形（xíng）式有（yǒu）TO-46、TO-92、SO-8。該係列器件廣泛應（yīng）用於溫度測量、溫差測量以（yǐ）及溫度補償係統中。

　　二、邏輯輸出型溫度傳感器

　　在許多應用中，我們並不需要嚴格測量溫度值，隻關心溫度是否超出了一個設定範圍（wéi），一旦溫度（dù）超出（chū）所規定的範圍，則發出報警信號，啟動或關閉風扇、空調、加熱器或其它控製設備，此（cǐ）時可選（xuǎn）用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。

　　1、LM56溫度開關

　　LM56是NS公司（sī）生產的高精度低壓（yā）溫度開（kāi）關，內置1.25V參考電壓輸出端。最大隻能帶50μA的負載。

　　電源電壓（yā）從2.7"10V，工作電流最大230μA，內置傳感器的靈敏（mǐn）度為6.2mV/℃，傳感器輸出電壓為6.2mV/℃×T+395mV。

　　2、MAX6501/02/03/04溫度監控開關

　　MAX6501/02/03/04是具有邏輯輸出和SOT-23封（fēng）裝的溫度監視器件開關（guān），它（tā）的設計非常（cháng）簡單：用戶選擇一種接近於自己需要的控製的溫度門限（由（yóu）廠（chǎng）方預設在-45℃到（dào）+115℃，預設值間隔為10℃）。直接將其接入（rù）電路即可使用（yòng），無需任何（hé）外部（bù）元件。其中MAX6501/MAX6503為漏極開路低電（diàn）平報警輸出，MAX6502/MAX6504為推/拉式高電平報警輸出，MAX6501/MAX6503提（tí）供（gòng）熱溫度預置門限（35℃到+115℃），當（dāng）溫度高於預置門限時報警；MAX6502/MAX6504提供冷溫度預置（zhì）門（mén）限（-45℃到+15℃），當溫（wēn）度低於預置門限時報警。對於需要一個簡單（dān）的溫（wēn）度超限報警而又空間有限的應用如筆記本電腦、蜂（fēng）窩（wō）移動電（diàn）話等應用來說是非常理想的（de），該器件的典型溫度誤差是（shì）±0.5℃，最大（dà）±4℃，滯回溫（wēn）度（dù）可通過（guò）引腳（jiǎo）選擇為2℃或10℃，以避免溫度接近門限值時輸出不穩定。這類（lèi）器件的工作電壓範圍（wéi）為2.7V到5.5V，典型工作電流30μA。

　　三、數字式溫度傳（chuán）感器

　　1、MAX6575/76/77數字溫度傳感（gǎn）器

　　如果采用數字（zì）式接口的溫度傳感器，上述設計問題將（jiāng）得到（dào）簡化。同樣，當A/D和微（wēi）處理器的（de）I/O管腳短缺時，采（cǎi）用時間或頻率輸出的溫度傳感（gǎn）器也能解決上述測量問（wèn）題。以MAX6575/76/77係列SOT-23封裝（zhuāng）的溫（wēn）度傳感器為例，這類器件可通過單線和微處理器進行（háng）溫（wēn）度（dù）數（shù）據的傳送，提供三種靈活的輸出方式（shì）--頻率、周期或定時，並具備±0.8℃的典型精度，一條（tiáo）線最多允許掛接8個傳感器，150μA典型（xíng）電（diàn）源電流和2.7V到5.5V的寬電源電壓範圍及-45℃到+125℃的溫度範圍（wéi）。它輸出的方波信號（hào）具有正比於絕對溫度的（de）周期，采用6腳SOT-23封（fēng）裝，僅占很小的（de）板（bǎn）麵。該器件通過一條I/O與微處理器相連，利用（yòng）微處理器內部的計數器測出周期後就可計算出溫度。

　　2、可（kě）多點檢測、直接輸出數字量的數字溫度傳感器DS1612

　　DS1612是美（měi）國達拉斯半導體公司生產的CMOS數字式溫度傳感器。內含兩個不揮發性存儲器，可以在存儲器中任意的設定上限和下限溫度值進行（háng）恒溫器（qì）的溫度控製，由（yóu）於這些存儲器具有不揮發性，因此一次定入後，即使不（bú）用CPU也仍然可以獨立使用。

　　溫度（dù）測（cè）量（liàng）原（yuán）理和精（jīng）度：在（zài）芯片上分別設置（zhì）了一個振蕩頻率溫（wēn）度係數較大的振蕩器（OSC1）和一個溫度係（xì）數較小的（de）振蕩器（OSC2）。在溫度較低時，由於OSC2的開門時（shí）間較短，因此溫度測量計數器計數值（n）較小；而當溫度較高時，由於OSC2的開門時間較長，其計數值（m）增大。

　　如果在上述計數值基礎上（shàng）再加上一個同實際（jì）溫度（dù）相差的校正數據，就可以構成一個高精度的數字溫度傳感器。該公司將這個（gè）校正值（zhí）定入芯片中的不揮發存儲器中，這（zhè）樣傳感（gǎn）器（qì）輸出的數（shù）字量就可（kě）以作為實際測量的（de）溫度數據，而（ér）不需要再（zài）進行校準（zhǔn）。它可測量的溫（wēn）度範圍為-55℃"+125℃，在0℃"+70℃範圍（wéi）內（nèi），測（cè）量（liàng）精度為±0.5℃，輸出的9位編碼直接與溫度相（xiàng）對應。

　　DS1621同外部（bù）電路的控製信號和數據的通（tōng）信是通過雙向總線來實現的，由CPU生（shēng）成串行時鍾脈衝（SCL），SDA是雙向數據線（xiàn）。通過地址引腳A0、A1、A2將8個不同的地址分配給各器件。通過設定寄存器來（lái）設置工（gōng）作方式，並對工作狀態進行監（jiān）控。被測的溫度數據被存儲在溫度傳感器寄存器中，高溫（TH）和（hé）低溫（wēn）（TL）閾值寄（jì）存器存儲了（le）恒溫器輸出（chū）（Tout）的閾值。

　　現在（zài），各種集成的溫度（dù）傳感器（qì）的功能（néng）越來越專業（yè）化。比如，MAXIM公司（sī）近期推出（chū）的MAX1619是一種增強型精密遠端數字溫度傳感器（qì），能夠（gòu）監測遠端P-N結和其自身封裝的溫度。它具有雙報（bào）警（jǐng）輸出：ALERT和OVERT。ALERT用於指示各傳感器的（de）高/低溫狀態，OVERT信號等價於一（yī）個自動（dòng）調溫器，在遠端溫度傳感器超上限時觸發，MAX1619與MAX1617A完全軟件兼容，非常適合於係統（tǒng）關斷或風扇控製，甚（shèn）至在係統“死鎖”後仍能（néng）正常工作。美國達拉斯半（bàn）導體公司的DS1615是（shì）有記錄功能（néng）的溫度傳感器。器件中包含實時時（shí）鍾、數字式溫度傳感器（qì）、非（fēi）易失性存儲器、控製邏輯電（diàn）路以及串行接口電路。數字溫度傳感器的測量範圍為-40℃"+85℃，精度為±2℃，讀取9位時的分辨率是0.03125℃。時鍾提供（gòng）的時間從秒至年（nián）月（yuè），並對到2100年以前的閏年作了修正。電源電壓為2.2V"5.5V，8腳SOIC封裝。DS17775是數字式溫度計及恒溫（wēn）控製器集成電路。其中包含數字溫（wēn）度傳感器、A/D轉換器、數字寄存器、恒溫控製比較器（qì）以及（jí）兩線串行接（jiē）口電路。供電電壓在3V至5V時的（de）測量溫度精度為±2℃，讀取9位時的（de）分辨率是0.5℃，讀取（qǔ）13位時的分辨率是（shì）0.03125℃。