温度传感器

2006-06-05 15:39:41来源: Electronic Design

温度传感器有四种主要类型:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器(见下表)。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

热电偶应用很广泛,因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型,它们覆盖非常宽的温度范围,从 C200℃到2000℃。它们的特点是:低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移,以及非线性。另外,热电偶需要外部参考端。

RTD精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定,并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400℃左右。它们也有很大的TC,且价格昂贵(是热电偶的4~10倍),并且需要一个外部参考源。

模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(C55℃~+150℃),并且需要一个外部参考源。

数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源,它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热,但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态,从而将自身发热降到最低。

与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比,IC温度传感器具有很高的线性,低系统成本,集成复杂的功能,能够提供一个数字输出,并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。

温度测量传感器比较。

模拟输出IC传感器和数字输出IC传感器之间有什么差别?

模拟输出IC传感器输出与温度成正比的电压或电流,而数字输出IC传感器通过其内置的ADC将将传感器的模拟输出转换为数字信号。

IC温度传感器的实际检测是采用一个简单的晶体管p-n结,通过测量其基极-发射极结电压(VBE)检测温度变化。p-n结两端的电压具有大约2 mV/℃的固有温度依赖关系(见图1)。这也被称为二极管温度传感器。通过内置ADC对传感器的模拟输出进行数字化,可以得到其数字输出。

图1:本图示出硅二极管的电阻响应特性与温度的关系曲线。

使用温度传感器时必须考虑哪些因素?

有两个主要考虑因素:需要测量什么和必须以多高的精度进行测量。这两个因素受使用的传感器类型和它与温度测量点的相对位置 (即传感器的安装位置) 的影响。这一点对于像IC传感器这样的固有自身发热传感器很重要,因为它测量的温度实质上是晶体管p-n结二极管本身的温度。

对于IC温度测量,如CPU本地温度,温度测量并不那么直接。精确的测量方法是使用一个集成在CPU之内的温度二极管监测器(见图2)。

图2:可将温度二极管测量电路集成到在CPU上的本地温度传感器,或在印制电路(PCB)板上作为一个分立二极管连接晶体管。

IC温度传感器与热敏电阻有何不同?

尽管这两种传感器都具备小外形尺寸并且提供模拟输出,但IC传感器具有更高的线性和更宽的工作温度范围。它可以集成其它的内置功能,例如提供数字输出的ADC,数模转换器(DAC)、参考电压源和风扇控制电路。IC传感器集成复杂电路的能力意味着比热敏电阻的总系统成本低(热敏电阻需要许多附加的外部元件),并且随着IC制造线宽的进一步缩小,IC传感器的封装尺寸也将减小。

数字输出温度传感器比模拟输出温度传感器有哪些优势?

与其它三种主要类型温度传感器(热电偶、RTD和热敏电阻)不同,数字输出IC温度传感器不需要外部线性化电路转换。此外,由于其IC集成特性,它们自然会降低成本。它们可与常见的计算机总线(例如I2C总线、SPI总线和SMBus等)连接。而且,它们允许与远端其它传感器进行通信,以完成一些控制任务(例如风扇转速控制和总体系统温度控制)。

什么是自动风扇转速控制?

自动风扇转速控制实际上是使用一个本地数字输出温度传感器来检测CPU的实际管芯温度。将传感器的输出馈送给一个控制CUP散热风扇转速的脉冲宽度调制器(PWM)或DAC。这样可将CPU的温度保持在设计要求之内(见图3)。风扇转度控制在消费电子产品中正变得越来越重要,在此类应用中,减小风扇声学噪音、降低功耗和提高可靠性都是重要改进因素。

图3:这一简单的低成本PWM驱动电路控制散热风扇的转速。

关键字:电耦  热敏  温度

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200606/4313.html
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