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- 淺析數(shù)字溫度傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/10/12
1哪些常見應用使用溫度測量？
溫度檢測是無處不在的。溫度傳感器在環(huán)境和過程控制以及測試測量和通信中有著傳統(tǒng)而廣泛的應用。除此之外，溫度傳感器還用于消費類應用、汽車應用以及從MRI成像儀到便攜式超聲掃描儀的醫(yī)療產(chǎn)品應用。
在新一代的通信應用中，從各種尺寸的基站到手機，溫度傳感器也普遍存在。在汽車發(fā)動機和傳動系統(tǒng)中，也可以找到溫度傳感器的身影，因為這些應用中的控制器會基于溫度來調(diào)節(jié)工作參數(shù)。此外，在大規(guī)模高速處理器和FPGA的電路板上，也使用了溫度傳感器。
2哪類器件可用于溫度感測？它們是如何工作的？
溫度傳感器目前分為傳統(tǒng)溫度傳感器和基于硅的溫度傳感器。傳統(tǒng)溫度傳感器包括熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶。這些器件是模擬器件，因此在將它們用于數(shù)字控制回路之前，必須將它們的輸出數(shù)字化。
熱敏電阻通常由陶瓷或聚合物制成，而RTD由金屬制成。RTD的工作溫度范圍大于熱敏電阻的工作溫度范圍。由于熱敏電阻和RTD是純阻性的，因此它們需要外部電壓源。
與上述情況相反，熱電偶使用不同的金屬結(jié)合而成，輸出電壓與溫度差值成正比，而并非與其周圍環(huán)境的溫度成正比。
溫度傳感器沒有必要一定是模擬器件。基于硅的溫度傳感器能夠精確輸出其測量溫度所代表的數(shù)字量。相比于需要外部信號調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的方法，這種方案簡化了控制系統(tǒng)的設計。
3硅溫度傳感器是如何工作的？
某些硅溫度傳感器的工作原理是：
當兩個相同的晶體管在集電極電流密度比恒定的情況下工作時，它們的基極-發(fā)射極電壓差僅與絕對溫度成正比。其他的溫度傳感器則基于采用二極管接法的晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE的行為，此VBE隨著溫度反向變化，這個變化速率非常恒定，為-2mV/℃，但是對于不同的晶體管，VBE變化的絕對值也不同。為了補償這種變化，可以在不同的IE值下比較ΔVBE。
某些硅溫度傳感器產(chǎn)生模擬電壓輸出（VPTAT，即與絕對溫度成正比的電壓），而其他的溫度傳感器則將VPTAT轉(zhuǎn)換為電流輸出。
在數(shù)字輸出溫度傳感器中，放大檢測晶體管的VBE，然后與帶隙基準電壓比較，并將結(jié)果輸入到Σ-Δ或逐次逼近寄存器ADC中轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，精度可以是13bit或16bit，其中最低有效位被用作符號位。
一種可替換的數(shù)字輸出方案是采用脈寬調(diào)制（PWM），其溫度和脈沖的導通與截止時間的比例成正比。由于導通時間是固定的，因此這些傳感器可以按照需要執(zhí)行單次測量以使功耗最小。
4數(shù)字溫度傳感器的精度如何？
數(shù)字溫度傳感器的精度隨著溫度范圍的變化而變化。用于0~70℃溫度范圍內(nèi)的數(shù)字溫度傳感器，可以達到±0.5℃的精度。用于在更寬的溫度范圍內(nèi)封裝器件，如-55~175℃，在130~150℃內(nèi)的典型精度為±1℃；裸露管芯在150~175℃內(nèi)的典型精度為±1.5℃。
封裝和溫度范圍的選擇取決于傳感器的使用方式。汽車內(nèi)應用需要較寬的溫度范圍和裸露芯片。醫(yī)療應用、消費類應用和儀器儀表應用可能僅需要0~70℃的溫度范圍，而且溫度傳感器易于裝配的特性使其特別適于執(zhí)行額外的熱流計算，用于將測得的結(jié)點溫度轉(zhuǎn)換為表面貼裝溫度或金屬殼溫度。
吸收式濕度傳感器可以同時提供溫度和%RH（相對濕度）輸出。片載信號處理功能可保證與相對濕度對應的線性電壓輸出。傳感器激光修正使精確度達到+5%相對濕度，校準后精確度可達2%相對濕度。本產(chǎn)品的封裝可以防護化學物質(zhì)，工作溫度范圍為-40℃～85℃(華氏-40度到185度)，可在惡劣的環(huán)境中正常工作。
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