浅谈温度传感器的现状与发展_严芸

【收稿日期】２００６－０２－１６

【作者简介】

严芸（１９８２—），女，江苏无锡人，无锡商业职业技术学院塘山校区助教。浅谈温度传感器的现状与发展

严芸

（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【中图分类号】ＴＰ２１２．１１【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８－１１５１（２００６）０５－００３８－０２大众科技

ＤＡＺＨＯＮＧＫＥＪＩ２００６年第５期（总第９１期）

Ｎｏ．５，２００６

（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙＮｏ．９１）

温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，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。现将模拟温度传感器和数字温度传感器进行简单介绍。

一、模拟温度传感器

模拟温度传感器有多种输出形式（绝对温度、摄氏温度和华氏温度）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器的输入，用来显示实时温度数据（如图１）。模拟温度传感器适合需要低成本、小体积和低功耗的应用。

图１典型的模拟传感器的应用电路

另一种是温度开关或逻辑输出传感器，这种传感器会在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（限制值）可以预设，因此，这类组件让设计更加简单，成本也更低。它的典型应用如关闭系统电源，启动风扇、空调、加热器等（见图２）。

图２温度开关的典型应用

二、数字温度传感器

对于更紧密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求带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的非电量到转换为微处理器可处理的数字信号，环节较多，而且模拟信号在长距离传输的过程中，受到的干扰较多，误差较大。因此，从非电量转换到数字信号，一般将其处理过程集成

在单片ＩＣ器件体内部，这样就形成了功能强大，精确的数字传感器。

（一）ＤＳ１６２０

美国达拉斯半导体公司生产的ＤＳ１６２０是经过特殊工艺而制成的集成式数字温度传感器，具有体积小、测量精度高、无需Ａ／Ｄ转换、直接输出数字信号等特点，可在－５５～＋１２５℃之间将温度转换成对应的１位符号、８位数据的９位二进制数字，并以串行数据方式按着低位在先、高位在后的格式进行连续的数字输出，典型转换时间为２００ｍｓ，分辨率为０．５℃。经过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测量和控制系统的需要。该传感器测量结果的读取方式有两种：一次读取９位（读到第９位时将ＲＳＴ置成“０”）；读取２个８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

“０”时，表示被测温度为正，ＭＳＢ为“１”时，则表示被测温度位负，以下是几个典型的温度值。

０１１１１１０１０＋１２５℃

０００１１００１０＋２５℃００００００００００℃１１１１１１１１１－０．５℃２１１００１１１０－２５℃

ＤＳ１６２０为８脚ＤＩＰ或ＳＯＩＣ封装形式，可工作在ＰＣ或单

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元件而工作在无ＣＰＵ的测温系统中（此时只用到其中的３个引脚）。表１为ＤＳ１６２０的引脚及其功能说明。

表１ＤＳ１６２０引脚功能

表１中，４和８之间引入５Ｖ电源电压；ＴＨ、ＴＬ分别为高温、低温越限触发端，作为温度控制系统的触发输出信号；Ｔ－

ＣＯＭ为高、低触发信号的回差，当被测温度高于上限设定值

时，ＴＨ置“１”，而只有当被测温度降至低于下限设定值时，ＴＬ置“０”，因而形成上、

下限之间的回差，图３是三者之间的关系图。

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（上接第５３页）

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．Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的应用：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。

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，对气象预报，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。

７．其他应用。药房分析医师的处方，判断哪些医师愿意购买他们的产品。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，决定不同团体之间的关联。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。

【参考文献】

［１］苏新宁．数据挖掘理论与技术［Ｍ］．北京：科学技术文献出版社，２００３．

［２］ＪｉａｗｅｉＨａｎ．数据挖掘概念与技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社．２００２．

［３］赵丹群．数据挖掘：原理、方法及其应用［Ｊ］．现代图书情报技术，２０００，（６）．

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≤ＴＬ时ＤＳ１６２０有对应的标志位进行置位，用户可根据需要设置ＴＨ和ＴＬ值，并根据标志位实现对任意温度范围的控制。ＤＳ１６２０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。

ＴＬＦ低温越限标志，当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，ＴＬＦ恢复零状态。

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。

ＣＰＵＣＰＵ方式选择位，ＣＰＵ＝“０”，则ＤＳ１６２０工作于无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，１ＳＨＯＴ＝“１”，为单次工作方式，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）ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ

ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ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线启动转换，经过一定延时后，第一片ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ拉低Ｉ／Ｏ线，这个延时与绝对温度成正比，比例常数可以通过ＴＳ０和ＴＳ１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ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ就安装在系统周围不同的位置，通过一条Ｉ／Ｏ线连接到微处理器。

（三）ＡＤ７４１６

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１０位模数转换器，可将感应温度转换为０．２５℃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（ＯＴＩ）将输出有效信号。另外，可以通过Ｉ２Ｃ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：

ｌ．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（均在－５５℃至＋１２５℃）。

４．数字式传感器的传递函数存在有一定的非线性，可由软件校正，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。

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。

【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．

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