集成温度传感器的分类及其应用

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集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。是一种常用的温度传感器产品,具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点,可以有效的弥补传统温度传感器的响应时间慢、热惯性大、内线性不好等症状,被广泛用于多个领域中。按照温度传感器输出信号的模式,可大致划分为三大类:数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。

传感器

一、模拟温度传感器

传统的模拟温度传感器,如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控,在一些温度范围内线性不好,需要进行冷端补偿或引线补偿;热惯性大,响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比,具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点,而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上,有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。这里主要介绍该类器件的几个典型。

1、AD590温度传感器

AD590是电流输出型温度传感器,供电电压范围为3~30V,输出电流223μA(-50℃)~423μA(+150℃),灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R时,R两端的电压可作为喻出电压。注意R的阻值不能取得太大,以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源,最高可达20MΩ,所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。

2、LM135/235/335温度传感器

LM135/235/335系列是一种高精度易校正的集成温度传感器,工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K,具有小于1Ω的动态阻抗,工作电流范围从400μA到5mA,精度为1℃,LM135的温度范围为-55℃~+150℃,LM235的温度范围为-40℃~+125℃,LM335为-40℃~+100℃。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。

二、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。

1、LM56温度开关

LM56是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50μA的负载。

电源电压从2.7~10V,工作电流最大230μA,内置传感器的灵敏度为6.2mV/℃,传感器输出电压为6.2mV/℃×T+395mV。

2、MAX6501/02/03/04温度监控开关

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。其中MAX6501/MAX6503为漏极开路低电平报警输出,MAX6502/MAX6504为推/拉式高电平报警输出,MAX6501/MAX6503提供热温度预置门限(35℃到+115℃),当温度高于预置门限时报警;MAX6502/MAX6504提供冷温度预置门限(-45℃到+15℃),当温度低于预置门限时报警。 对于需要一个简单的温度超限报警而又空间有限的应用如笔记本电脑、蜂窝移动电话等应用来说是非常理想的,该器件的典型温度误差是±0.5℃,最大±4℃,滞回温度可通过引脚选择为2℃或10℃,以避免温度接近门限值时输出不稳定。这类器件的工作电压范围为2.7V到5.5V,典型工作电流30μA。

三、数字式温度传感器

1、MAX6575/76/77 数字温度传感器

如果采用数字式接口的温度传感器,上述设计问题将得到简化。同样,当A/D和微处理器的I/O管脚短缺时,采用时间或频率输出的温度传感器也能解决上述测量问题。以MAX6575/76/77系列SOT-23封装的温度传感器为例,这类器件可通过单线和微处理器进行温度数据的传送,提供三种灵活的输出方式--频率、周期或定时,并具备±0.8℃的典型精度,一条线最多允许挂接8个传感器,150μA典型电源电流和2.7V到5.5V的宽电源电压范围及-45℃到+125℃的温度范围。它输出的方波信号具有正比于绝对温度的周期,采用6脚SOT-23封装,仅占很小的板面。该器件通过一条I/O与微处理器相连,利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算出温度。

2、可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器DS1612

DS1612是CMOS数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器,可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制,由于这些存储器具有不挥发性,因此一次定入后,即使不用CPU也仍然可以独立使用。

温度测量原理和精度:在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器(OSC1)和一个温度系数较小的振荡器(OSC2)。在温度较低时,由于OSC2的开门时间较短,因此温度测量计数器计数值(n)较小;而当温度较高时,由于OSC2的开门时间较长,其计数值(m)增大。

如果在上述计数值基础上再加上一个同实际温度相差的校正数据,就可以构成一个高精度的数字温度传感器。该公司将这个校正值定入芯片中的不挥发存储器中,这样传感器输出的数字量就可以作为实际测量的温度数据,而不需要再进行校准。它可测量的温度范围为-55℃~+125℃,在0℃~+70℃范围内,测量精度为±0.5℃,输出的9位编码直接与温度相对应。

DS1621同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的,由CPU生成串行时钟脉冲(SCL),SDA是双向数据线。通过地址引脚A0、A1、A2将8个不同的地址分配给各器件。通过设定寄存器来设置工作方式,并对工作状态进行监控。被测的温度数据被存储在温度传感器寄存器中,高温(TH)和低温(TL)阈值寄存器存储了恒温器输出(Tout)的阈值。

现在,各种集成的温度传感器的功能越来越专业化。比如, MAX1619是一种增强型精密远端数字温度传感器,能够监测远端P-N结和其自身封装的温度。 它具有双报警输出:ALERT和OVERT。ALERT用于指示各 传感器的高/低温状态,OVERT信号等价于一个自动调温器,在远端温度传感器超上限时触发,MAX1619与MAX1617A完全软件兼容,非常适合于系统关断或风扇控制,甚至在系统“死锁”后仍能正常工作。DS1615是有记录功能的温度传感器,其中包括实时时钟,数字温度传感器,非易失性存储器,控制逻辑电路和串行接口电路。数字化温度传感器测量范围-40℃~+85℃,精度±2℃,9位读数可达0.03125℃。钟表提供从秒到年月的时间,并对到2100年以前的闰年作了修正。供电电压2.2 V~5.5 V, SOIC封装8脚。DS17775是数字式温度计及恒温控制器集成电路,包括数字温度传感器, A/D转换器,数字寄存器,恒温控制比较器和两线串行接口电路。

 

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集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。是一种常用的温度传感器产品,具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点,可以有效的弥补传统温度传感器的响应时间慢、热惯性大、内线性不好等症状,被广泛用于多个领域中。按照温度传感器输出信号的模式,可大致划分为三大类:数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。