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集成温度传感器有哪些类型?工作原理是什么?

小编-niki 网络 1721 2023-04-26 17:34:55

集成温度传感器是一种可以将环境中的温度变化,转换成电信号输出的传感器,它的名字中的“集成”指的是传感器内部集成了可调谐放大器,和精准参考电压源,这样可以方便地将其与其他电子器件集成在一起,并且能够自动地校准温度测量误差,同时该传感器通常采用数字信号输出,可以直接被微处理器或者模拟/数字转换器进行读取,接下来将详细介绍集成温度传感器的产品类型、工作原理

一、集成温度传感器的类型

1、模拟集成温度传感器

在20世纪80年代问世的,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC,模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快等,它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器,典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器,典型产品有LM56、AD22105和MAX6509,某些增强型集成温度控制器,例如TC652/653中还包含了A/D转换器以及固化好的程序,这与智能温度传感器有某些相似之处,但它自成系统,工作时并不受微处理器的控制,这是二者的主要区别。

集成温度传感器的类型

2、智能温度传感器(数字温度传感器

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶,目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品,智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和接口电路,有的产品还带多路选择器、中央控制器、随机存取存储器和只读存储器。

智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器,并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的,其智能化和谐也取决于软件的开发水平。

3、逻辑输出型温度传感器

在许多应用中,我们并不需要严格测量温度值,只关心温度是否超出了一个设定范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备,此时可选用逻辑输出式温度传感器,LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。

LM56是NS公司生产的高精度低压温度开关,内置1.25V参考电压输出端,最大只能带50ìA的负载。MAX6501/02/03/04是具有逻辑输出和SOT-23封装的温度监视器件开关,它的设计非常简单:用户选择一种接近于自己需要的控制的温度门限(由厂方预设在-45℃到115℃,预设值间隔为10℃),直接将其接入电路即可使用,无需任何外部元件。

二、集成温度传感器的工作原理

温度是一种表征物体冷热程度的物理量,而温度传感器就是将物体的冷热程度,转换为便于测量的物理参数,进而对温度进行间接测量的仪器。

温度传感器主要由感温元件和温度显示两部分组成,感温元件主要用于感受温度,并将其转换为电信号等易于测量的物理参数,经过处理电路将其转换为相应的温度并显示出来。集成温度传感器的工作原理,是利用半导体PN结的电流电压与温度有关的特性,具体如下:

集成温度传感器的工作原理

1、热电效应

热电效应是集成温度传感器中较为常见的测温原理,热电效应指的是在两种不同材料的接触处,如果有一个温度差异,则会产生一定的电势差,这个现象被称为“热电效应”,其大小与温度差和材料种类有关,因此,集成温度传感器可以利用热电效应,来将环境中的温度变化转化为电信号输出。

在集成温度传感器中,通常会使用热电偶来实现热电效应测温,热电偶由两种不同材料的导线组成,它们在高温下接触,可以产生电信号输出。通常,集成温度传感器中的热电偶,由微型导线或者薄膜材料制成,以便将其集成在芯片上。

2、半导体材料的温度敏感性

半导体材料的电阻率与温度有一定的关系,其电阻率会随着温度的升高而降低,因此,集成温度传感器也可以利用半导体材料的温度敏感性,将环境中的温度变化转化为电信号输出。

在集成温度传感器中,通常会采用硅或者铂等材料作为敏感元件,这些材料在不同温度下具有不同的电阻率。对于硅材料,它的电阻率随温度变化的规律是比较稳定的,因此可以用来制作高精度的温度传感器;而对于铂材料,其温度敏感性更高一些,因此也被广泛应用于温度传感器中。

在集成温度传感器的设计中,通常会采用差分放大器、可调谐放大器等电路,以提高其测量精度和稳定性,同时,由于集成温度传感器内部的电路已经调整校准过,并且通常采用数字信号输出,因此可以直接被微处理器或者模拟/数字转换器进行读取,从而提高了集成和自动化程度。

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