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关于数字温度传感器的一些解答

来源:北京信兆科技有限公司 浏览次数: 日期:2017年2月9日 13:33
    温度传感器在环境和过程控制以及测试测量和通信中有着传统而广泛的应用。除此之外,温度传感器还用于消费类应用、汽车应用以及从MRI成像仪到便携式超声扫描仪的医疗产品应用。本文主要介绍了关于数字温度传感器的一些解答,供参考。
 
    哪些常见应用使用温度测量?
 
    温度检测是无处不在的。温度传感器在环境和过程控制以及测试测量和通信中有着传统而广泛的应用。除此之外,温度传感器还用于消费类应用、汽车应用以及从MRI成像仪到便携式超声扫描仪的医疗产品应用。
 
在新一代的通信应用中,从各种尺寸的基站到手机,温度传感器也普遍存在。在汽车发动机和传动系统中,也可以找到温度传感器的身影,因为这些应用中的控制器会基于温度来调节工作参数。此外,在大规模高速处理器和FPGA的电路板上,也使用了温度传感器。
 
    哪类器件可用于温度感测?它们是如何工作的?
 
    温度传感器目前分为传统温度传感器和基于硅的温度传感器。传统温度传感器包括热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和热电偶。这些器件是模拟器件,因此在将它们用于数字控制回路之前,必须将它们的输出数字化。
 
    热敏电阻通常由陶瓷或聚合物制成,而RTD由金属制成。RTD的工作温度范围大于热敏电阻的工作温度范围。由于热敏电阻和RTD是纯阻性的,因此它们需要外部电压源。
 
    与上述情况相反,热电偶使用不同的金属结合而成,输出电压与温度差值成正比,而并非与其周围环境的温度成正比。
 
    温度传感器没有必要一定是模拟器件。基于硅的温度传感器能够精确输出其测量温度所代表的数字量。相比于需要外部信号调理电路和模数转换器(ADC)的方法,这种方案简化了控制系统的设计。
 
 
    硅温度传感器是如何工作的?
 
    某些硅温度传感器的工作原理是:
 
    当两个相同的晶体管在集电极电流密度比恒定的情况下工作时,它们的基极-发射极电压差仅与绝对温度成正比。其他的温度传感器则基于采用二极管接法的晶体管的基极-发射极电压VBE的行为,此VBE随着温度反向变化,这个变化速率非常恒定,为-2mV/℃,但是对于不同的晶体管,VBE变化的绝对值也不同。为了补偿这种变化,可以在不同的IE值下比较ΔVBE。
 
    某些硅温度传感器产生模拟电压输出(VPTAT,即与绝对温度成正比的电压),而其他的温度传感器则将VPTAT转换为电流输出。
 
    在数字输出温度传感器中,放大检测晶体管的VBE,然后与带隙基准电压比较,并将结果输入到Σ-Δ或逐次逼近寄存器ADC中转换为数字输出,精度可以是13bit或16bit,其中最低有效位被用作符号位。
 
    一种可替换的数字输出方案是采用脉宽调制(PWM),其温度和脉冲的导通与截止时间的比例成正比。由于导通时间是固定的,因此这些传感器可以按照需要执行单次测量以使功耗最小。
 
 
    数字温度传感器的精度如何?
 
    数字温度传感器的精度随着温度范围的变化而变化。用于0~70℃温度范围内的数字温度传感器,可以达到±0.5℃的精度。用于在更宽的温度范围内封装器件,如-55~175℃,在130~150℃内的典型精度为±1℃;裸露管芯在150~175℃内的典型精度为±1.5℃。
 
    封装和温度范围的选择取决于传感器的使用方式。汽车内应用需要较宽的温度范围和裸露芯片。医疗应用、消费类应用和仪器仪表应用可能仅需要0~70℃的温度范围,而且温度传感器易于装配的特性使其特别适于执行额外的热流计算,用于将测得的结点温度转换为表面贴装温度或金属壳温度。
 
    数字温度传感器的灵活性如何?
 
    寄存器可以针对“高”、“低”以及“临界”温度,进行编程。将测量值与这些限制温度相比较,温度过高或者温度过低事件将触发器件封装上的特定引脚。
 
    数字温度传感器通过串行总线将测得的温度传送至系统控制器,还可以用于配置系统以及加载那些高、低和临界寄存器。
 
    另一种替换方案就是:数字温度传感器可以像自动调温器一样工作,当温度超过厂家预设的触发点时,可以锁定其输出状态(漏极开路或者推挽输出)。跳变点以10℃为步长从35℃增加到115℃,通过外部引脚设置迟滞。
 
    数字温度传感器可以通过串行总线提供实时温度读数,并且可以针对临界过温或欠温提供系统中断。作为替代方案,还可以使用脉宽调制输出。 

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