浅谈温度传感器的现状与发展

２００６年第５期　大众科技　Ｎｏ．５，２００６　（总第９１期）　ＤＡＺＨＯＮＧ　ＫＥ　Ｊ　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　Ｎｏ．９１）　浅谈温度传感器的现状与发展　产芸　（无锡商业职业技术学院塘山校区，江苏无锡２１４１５３）　【摘要】文章介绍了模拟温度传感器和数字温度传感器的特点、现状及其应用，并对两者进行了比较分析。　【关键词】模拟温度传感器；ＤＳ１６２０；ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ；ＡＤ７４１６　【中圈分类号】ＴＰ２１２．１１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—１１５１（２ＯＯ６）Ｏ５一ＯＯ３８一Ｏ２　温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量．也　在单片ＩＣ器件体内部，这样就形成了功能强大．精确的数字　是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，　传感器。　是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般产用各式各　【一）ＤＳ１６２Ｏ　样形态的温度传感器。根据它们在讯号输出方式上的不同又　美国达拉斯半导体公司生产的ＤＳ１６２０是经过特殊工艺　可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。现将模拟温度　而制成的集成式数字温度传感器，具有体积小、测量精度高、　传感器和数字温度传感器进行简单介绍。　无需Ａ／Ｄ转换、直接输出数字信号等特点．可在＿５５～＋１２５￣Ｃ之　一、模拟温度传感器　问将温度转换成对应的１位符号、８位数据的９位二进制数　模拟温度传感器有多种输出形式（绝对温度、摄氏温度和　字，并以串行数据方式接着低位在先、高位在后的格式进行连　华氏温度）以及电压偏移值。后者让组件在使用单电源的情形　续的数字输出，典型转换时间为２ｏｏｍ８，分辨率为０．５℃。经过　下就能对负温度值进行监测。模拟温度传感器的输出还可以　特殊的处理可使其达到０．１℃的分辨率，以满足高精度的工业　送到比较器来产生超温指示信号，或直接送到模拟数字转换　测量和控制系统的需要。该传感器测最结果的读取方式有两　器的输入，用来显示实时温度数据（如图１）。模拟温度传感器　种：一次读取９位（读到第９位时将ＲＳＴ置成“０”）；读取２个８　适合需要低成本、小体积和低功耗的应用。　位字并将高７位置“０”。根据其数据输出编码格式．当第９位　（符号位）ＭＳＢ为“Ｏ”时，表示被测温度为正，ＭＳＢ为“１”时．则表　一＜虽　示被测温度位负。以下是几个典型的温度值。　０　１１１１１０１０＋１２５ｏＣ　０　ｏｏ１１ｏｏ１０＋２５ｏＣ　０　００ｏｏ０ｏｏ０　０℃　１　１１１１１１１１＿０．５℃　图１典型的模拟传感器的应用电路　２　ｌｌｏｏｌ１１０＿２５℃　另一种是温度开关或逻辑输出传感器．这种传感器会在　ＤＳ１６２０为８脚ＤＩＰ或ＳＯＩＣ封装形式．可工作在ＰＣ或单　温度超过某个默认值时输出特定的逻辑讯号。而这个触发点　片机等具有可编程功能的测温系统中。也可作为独立的测温　（限制值）可以预设，因此，这类组件让设计更加简单，成本也　元件而工作在无ＣＰＵ的测温系统中ｆ此时只用到其中的３个　更低。它的典型应用如关闭系统电源，启动风扇、空调、加热器　引脚１。表１为ＤＳ１６２０的引脚及其功能说明。　等（见图２）。　表１　ＤＳ１６２０引脚功能　引枷　符　号　功　能　１　吨　３缝数据输入／输出　２　ＣＬＨ／ｃｏＮＶ　３线时｝幸｛翕入　３　ＲｓＴ　３线复位｛翕入　４　。ＮＤ　接地摊　５　１　Ｃ０憎　高、低温回差　６　１Ｌ　低温赫发　７　１Ｈ　高温触发　图２温度开关的典型应用　８　０　电源　二、数字温度传感器　表１中，４和８之问引入５Ｖ电源电压；ＴＨ、ＴＬ分别为高　对于更紧密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求带　温、低温越限触发端，作为温度控制系统的触发输出信号：Ｔ—　动了数字温度传感器的发展。被测温度信号从敏感元件接收　ＣＯＭ为高、低触发信号的回差。当被测温度高于上限设定值　的非电最到转换为微处理器可处理的数字信号，环　较多，而　时，ＴＨ置“１”，而只有当被测温度降至低于下限设定值时．　ｒＬ　且模拟信号在长距离传输的过程中，受到的干扰较多．误差较　置…０’，因而形成上、下限之问的回荠．图３是三者之间的关系　大。因此，从非电量转换到数字信号，一般将其处理过程集成　图。　【收稿日期】２００６—０２—１６　【作者简介】严芸（１９８２一），女，江苏无锡人，无锡商业职业技术学院塘山校区助教。　一３８—　维普资讯 http://www.cqvip.com

线启动转换。经过一定延时后，第一片ＭＡＸ６５７５ＩＪＨ拉低ＹＯ　线，这个延时与绝对温度成正比，比例常数可以通过ＴＳＯ和　＇ＩＳ１引脚设定。　根据选择的延时系数不同。使得８片芯片的延时时间不　重叠，这样８片ＭＡＸ６５７５ＩＪＨ就安装在系统周围不同的位置，　通过一条ＹＯ线连接到微处理器。　（三）ＡＤ７４１６　图３温控输出特性　在具有ＣＰＵ工作的系统中，当温度ｔ≥ＴＨ或ｔ≤１１Ｌ时　ＤＳ１６２０有对应的标志位进行置位．用户可根据需要设置ＴＨ　和１１Ｌ值，并根据标志位实现对任意温度范围的控制。ＤＳ１６２０　ＡＤ７４１６是美国模拟器件公司（ＡＤＩ）出品的单片温度监控　系统集成电路。其内部包含有带隙温度传感器和１Ｏ位模数转　换器，可将感应温度转换为Ｏ．２５℃量化间隔的数字信号，以便　用来与用户设置的温度点进行比较。ＡＤ７４１６片内寄存器可以　进行高／低温度门限的设置。当温度超过设置门限时。过温漏　级开路指示器（ＯＴＤ将输出有效信号。另外，可以通过１２Ｃ接　口对ＡＤ７４１６的内部寄存器进行读／写操作，最多可允许８片　ＡＤ７４１６挂接在同一个串行总线上。该温度传感器可广泛应用　于数据采集系统中的环境温度监测、工业过程控制、电池充电　以及个人计算机等系统。　数字式传感器与模拟传感器相比．由于采取高集成度设　计和数字化处理，在可靠性、抗干扰能力以及器件微小化方面　内部的配置，状态寄存器决定了它的工作方式及运行状态．该　寄存器结构如图４所示。　图４寄存器结构　图４中各位符号的含义如下：　ＤＯＮＥ　为转换状态位，ＤＯＮＥ＝…０’表示正在进行温度转　换，ＤＯＮＥ＝“１”表示温度转换结束。可以从数据线ＤＱ上取得　数据。　ＴＨＦ高温越限标志，当ｔ≥ＴＨ时，ＴＨＦ置“１”并保持，用　于检测ＤＳ１６２０是否有高温越限记录。　１ｒＩ　低温越限标志，肖ｔ≤ＴＬ时。ＴＨＦ置“１”并保持。用　于检测ＤＳ１６２０是否有低温越限记录，只能通过对寄存器重新　写入“０”或关掉电源，方可使ＴＨＦ，１１ＬＦ恢复零状态。　都有明显的优点，但受半导体器件本身限制。数字式传感器还　存在以下不够理想的地方：　１．数字式传感器测量的是其自身管芯的温度．并且管芯温　度接近于引线温度。所以每个传感器必须安置在与被监视环　境有良好热耦合的位置。实际应用时会出现传感器所测温度　ＮＶＢ非挥发存储器状态位，ＮＶＢ＝“１”，存储单元正在被　使用，ＮＶＢ＝…０’，存储单元空闲，可以进行写操作。对ＤＳ１６２０　进行一次写操作需要１０ｍｓ，因此，写操作后必须等待１０ｍｓ方　可进行其它操作。　ＣＰＵ　ＣＰＵ方式选择位，ＣＰＵ＝“０”，则ＤＳ１６２０工作于无　值要小于环境温度，需要加修正值。　２．数字式传感器对温度转换为数字量的时间都较长。　３．测温范围不宽ｆ均在一５５℃至＋ｌ２５℃１。　４．数字式传感器的传递函数存在有一定的非线性．可由软　ＣＰＵ的独立状态。ＣＰＵ＝“１”。则ＤＳ１６２０处在受控于ＣＰＵ的工　作状态。　１ＳＨＯＴ转换方式位，ＩＳＨＯＴ＝…Ｉ’，为单次工作方式．　件校正，不过，数字式传感器最好在常温下应用，超过常温范　围它的误差较大。所以数字式传感器目前还不适用于对温度　变化敏感、环境恶劣的行业。　５．眼下，数字式传感器的价格比模拟传感器的高，作大范　围推广应用时有一定的难度。　ＤＳ１６２０只完成一次转换；１ＳＨＯＴ＝“０”，为连续工作方式．　ＤＳ１６２０进行连续的转换；在连续方式下，用户可以读取ｎ次　三、结语　综上所述，由于各有优缺点、各有自己的应用范围和市　场，数字式传感器和模拟传感器会并存很长一段时间，但随着　材料科学和半导体技术的深入发展与合作，数字式传感器测　测量结果进行数据处理，确保测量结果的准确，减小或消除偶　然误差，提高测量精度。　通过对ＤＳ１６２０寄存器的设置与访问。可使其满足用户的　各种不同需要。　（二）ＭＡ×６５７５Ｌ／Ｈ　温精度进一步提高。测温范围拓宽，生产成本和销售价格不断　降低。其发展趋势必将取代模拟传感器。　ＭＡＸ６５７５ＩＪＩ－Ｉ是ＭＡＸＩＭ公司设计生产的温度传感器．它　采用单线数字接口，只用一条信号，控制线和微处理器通信。它　【参考文献】　【１】张福学　传感器应用及其电路精选【Ｍ】　北京：电子工业　出版社．１９９２．　能将温度数据直接传给微处理器，并最多颗将８片ＭＡＸ６５７５Ｌ／　Ｈ挂在一条Ｉ，Ｏ线上，测量温度时，微处理器短暂的拉低Ｉ／Ｏ　（上接第５３页）　７．其他应用。药房分析医师的处方，判断哪些医师愿意购　２．金融：预测存、贷款趋势，优化存、贷款策略；抽取预测模　式；监督交易活动，发现交易规则。　３．Ｉｎｔｅｍｅｔ的席用：研制新的更好的索引系统、利用已有索　引系统或搜索引擎开发高层次的搜索或发现系统。　买他们的产品。广告公司分析人们购买模式。估计他们的收入　和孩子数目，作为潜在的市场信息。旅游调查局分析不同团体　的旅游模式，决定不同团体之问的关联。医师分析病人历史和　当前用药情况。不仅诊断用药而且预测潜在的问题。　４．化学、制药行业：从各种文献资料总自动抽取有关化学　反应的信息。发现新的有用化学成分，分析和解释有利于提高　产品质量、功能和增加公司利润的重要数据。　５．遥感领域：在遥感领域针对每天从卫星上及其它方面来　的巨额数据。对气象预撤，臭氧层监测等能起很大作用。　６．学校教育：学院分析学生历史信息．决定哪些人愿意报　考何专业，发送手册给他们。分析教师的学历、年龄、职称等与　授课效果的关联规则，制定教学方案，促进教学质量的提高。　出版社．２００３．　【参考文献】　【１】苏新宁．数据挖掘理论与技术［Ｍ】．北京：科学技术文献　【２］ＪｉａｗｅｉＨａｎ．数据挖掘概念与技术【Ｍ】．北京：机械工业出　版社．２００２．　【３Ｊ赵丹群．数据挖掘：原理、方法及其应用ⅡＪ．现代图书情　报技术，２０００，（６）．　一３９—