温度传感器的类型和工作原理

温度是最常测量的环境量。这可能是预期的，因为大多数物理，电子，化学，机械和生物系统都受温度影响。某些化学反应，生物过程甚至电子电路在有限的温度范围内表现最佳。温度是最常测量的变量之一，因此有很多方法可以感知温度。温度传感可以通过直接接触加热源进行，也可以远程进行，而不需要使用辐射能直接接触辐射源。目前市场上有各种各样的温度传感器，包括热电偶，电阻温度检测器（RTD），热敏电阻，红外线和半导体传感器。

5种温度传感器    

• 热电偶：它是一种温度传感器，通过在一端连接两种不同的金属制成。连接端称为HOT JUNCTION。这些不同金属的另一端称为冷端或冷端。冷结实际上是在热电偶材料的最后点形成的。如果热结和冷结之间存在温差，则会产生很小的电压。该电压被称为EMF（电动势）并且可以被测量并且反过来用于指示温度。

• RTD是一种温度传感器件，其电阻随温度变化。通常由铂金制成，虽然由镍或铜制成的器件并不少见，但RTD可以采用许多不同的形状，如绕线，薄膜。要测量RTD两端的电阻，请施加恒定电流，测量结果电压，并确定RTD电阻。RTD对温度曲线表现出相当线性的阻力在它们的操作区域，任何非线性都是高度可预测和可重复的。PT100 RTD评估板使用表面贴装RTD测量温度。外部2,3或4线PT100也可以与偏远地区的测量温度相关联。使用恒定电流源对RTD进行偏置。为了减少由于功耗引起的自热，电流幅度适度地低。图中所示的电路是恒流源，使用参考电压，一个放大器和一个PNP晶体管。

• 热敏电阻：与RTD类似，热敏电阻是一种温度传感器件，其电阻随温度变化。然而，热敏电阻由半导体材料制成。电阻的确定方式与RTD相同，但热敏电阻表现出高度非线性电阻与温度曲线的关系。因此，在热敏电阻工作范围内，我们可以看到非常小的温度变化引起的大电阻变化。这使得设备非常灵敏，是设定点应用的理想选择。

• 半导体 传感器：它们分为不同类型，如电压输出，电流输出，数字输出，电阻输出硅和二极管温度传感器。现代半导体温度传感器在约55°C至+ 150°C的工作范围内提供高精度和高线性度。内部放大器可以将输出调整为方便的值，例如10mV /°C。它们也适用于宽温度范围热电偶的冷端补偿电路。下面给出了关于这种温度传感器的简要细节。

传感器IC

有多种温度传感器IC可用于简化最广泛的温度监控挑战。这些硅温度传感器在几个重要方面与上述类型显着不同。首先是工作温度范围。温度传感器IC可在-55°C至+ 150°C的标称IC温度范围内工作。第二个主要区别是功能。

硅温度传感器是集成电路，因此可以在与传感器相同的封装内包括广泛的信号处理电路。无需为温度传感器Ics添加补偿电路。其中一些是具有电压或电流输出的模拟电路。其他人将模拟传感电路与电压比较器相结合，以提供警报功能。其他一些传感器IC将模拟传感电路与数字输入/输出和控制寄存器相结合，使其成为基于微处理器的系统的理想解决方案。

数字输出传感器通常包含温度传感器，模数转换器（ADC），双线数字接口和用于控制IC操作的寄存器。连续测量温度，可随时读取。如果需要，主机处理器可以指示传感器监控温度，并在温度超过编程限制时将输出引脚置为高电平（或低电平）。还可以编程较低的阈值温度，并且当温度降至该阈值以下时可以通知主机。因此，数字输出传感器可用于基于微处理器的系统中的可靠温度监测。

以上温度传感器有三个端子，需要最大5.5 V电源。这种类型的传感器由根据温度执行操作以改变电阻的材料组成。这种电阻变化由电路检测并计算温度。当电压升高时，温度也会升高。我们可以通过使用二极管来看到这种操作。

温度传感器直接连接到微处理器输入，因此能够与微处理器直接可靠地通信。传感器单元可以与低成本处理器有效通信，而无需A / D转换器。

温度传感器的一个例子是  LM35。LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出电压与摄氏温度成线性比例。LM35的工作温度为-55˚至+120˚C。

基本的摄氏温度传感器（+2˚C至+150˚C）如下图所示。

LM35温度传感器的特点：

• 直接在摄氏度（摄氏度）校准
• 额定满量程为-55˚至+150˚C
• 适合远程应用
• 由于晶圆级修整而成本低
• 工作电压为4至30伏
• 低自热，
• ±1 /4˚C典型的非线性

LM35的操作：

• LM35可以像其他集成电路温度传感器一样轻松连接。它可以粘附或建立在表面上，其温度将在表面温度的0.01˚C范围内。
• 这假定环境空气温度与表面温度大致相同; 如果空气温度远高于或低于表面温度，则LM35模具的实际温度将处于表面温度和空气温度之间的中间温度。

温度传感器在环境和过程控制以及测试，测量和通信方面具有众所周知的应用。数字温度是一种传感器，可提供9位温度读数。数字温度传感器具有出色的精确度，可在0°C至70°C范围内读取，精度可达±0.5°C。这些传感器完全符合摄氏度的数字温度读数。

• 数字温度传感器：数字温度传感器无需在应用中使用额外的元件，如A / D转换器，也无需在使用热敏电阻时根据需要在特定的参考温度下校准元件或系统。数字温度传感器处理所有事情，简化了基本系统温度监控功能。

数字温度传感器的优点主要在于其摄氏度的精确输出。传感器输出是平衡数字读数。这意味着没有其他组件，例如模数转换器，并且比简单的热敏电阻更容易使用，该热敏电阻提供具有温度变化的非线性电阻。

数字温度传感器的一个例子是DS1621，它提供9位温度读数。

功能DS1621：

1. 无需外部组件。
2. 测量-55℃至+ 125℃的温度范围，间隔为0.5⁰。
3. 将温度值设为9位读数。
4. 宽电源范围（2.7V至5.5V）。
5. 在不到一秒的时间内将温度转换为数字字。
6. 恒温设置是用户可定义的和非易失性的。
7. 它是8引脚DIP。

别针说明：

• SDA – 2线串行数据输入/输出。
• SCL – 2线串行时钟。
• GND – 接地。
• TOUT – 恒温器输出信号。
• A0 – 芯片地址输入。
• A1 – 芯片地址输入。
• A2 – 芯片地址输入。
• VDD – 电源电压。

DS1621的工作：

• 当器件的温度超过用户定义的温度HIGH时，输出TOUT有效。输出将保持有效，直到温度降至用户定义的温度LOW以下。
• 用户定义的温度设置保存在非易失性存储器中，因此可以在插入系统之前对其进行编程。
• 通过在编程中发出READ TEMPERATURE命令，以9位，2的补码读数提供温度读数。
• 2线串行接口用于DS16121的输入，用于温度设置和DS1621的温度读数输出