每个温度传感器在生产过程中均会进行调整 , 以便与要使用的二极管的理想参数匹配 。远程二极管的特性取自2N3904/6 。由于本地温度传感器在硅衬底上只是一个简单的`NPN或PNP结构 , 远程温度传感器几乎总是集成一个本地温度传感器 。
因此 , 远程传感器的作用几乎总是像两个传感器一样 。本地温度传感器在同一封装集成了一个热二极管 。对于本地传感器 , 根据封装和位于IC衬底上的本地二极管 , 热时间常数(即达到最终温度的63.2%所需的时间)为几分钟 。总线负载过重或转换过快会造成器件自加热并影响温度精度 。
温度数据变为可用所需的时间称为转换速率 。该速率由器件内部振荡器和A/D分辨率决定 , 一般低于100Hz或长于10ms 。转换速率越快 , 温度数据可检索的速度就越快 , 同时温度传感器消耗的功率也就越大 。
由于存在自加热效应 , 转换速率通常较低 。图1显示了一个远程温度传感器和/或本地 温度传感器 的简化框图 。
温度传感器组成部分3一、热电阻温度传感器:
测温原理:热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的 , 即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性 。因此 , 只要测量出感温热电阻的阻值变化 , 就可以测量出温度 。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类 。
金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示 , 即:Rt=Rt0[1+α(t-t0)] 式中 , Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数 。
半导体热敏电阻的阻值和温度关系为:Rt =AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数 。
测温范围:金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量 , 其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠 。半导体热敏电阻测温范围只有-50~300℃左右, 且互换性较差 , 非线性严重 , 但温度系数更大 , 常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上) 。
二、集成温度传感器:
集成温度传感器有可分为模拟式温度传感器和数字式温度传感器 。
1.模拟式温度传感器
测温原理:将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上 , 具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等 优点 。
测温范围:LM135235335系列是美国国家半导体公司(NS)生产的一种高精度易校正的集成温度传感器 , 是电压输出型温度传感器 , 工作特性类似于齐纳稳压管 。
该系列器件灵敏度为10mV/K , 具有小于1Ω的动态阻抗 , 工作电流范围从400μA到5mA , 精度为1℃ , LM135的温度范围为-55℃~+150℃ , LM235的温度范围为-40℃~+125℃ , LM335为-40℃~+100℃ 。
封装形式有TO-46、TO-92、SO-8 。该器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中 。
2.数字式温度传感器
测温原理:将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上 , 直接输出反应被测温度的数字信号 , 使用方便 , 但响应速度较慢(100ms数量级) 。
测温范围:DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线” 接口的数字式温度传感器 , 供电电压范围为3~5.5V , 测温范围为-55℃~+125℃
可编程的9~12位分辨率 , 对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃ , 出厂设置默认为12位 , 在12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字 。
三、热电偶温度传感器
测温原理:两种不同成分的导体(称为热电偶丝或热电极)两端接合成回路 , 当接合点的温度不同时 , 在回路中就会产生电动势 , 这种现象称为热电效应 , 而这种电动势称为热电动势 。
热电偶就是利用这种原理进行温度测量的 , 其中 , 直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端) , 另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表连接 , 显示出热电偶所产生的热电动势 , 通过查询热电偶分度表 , 即可得到被测介质温度 。
测温范围:常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量 , 某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬) , 最高可达+2800℃(如钨-铼) 。
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