眾多行業的另一個共同趨勢是需要處理來自更多傳感器的更多數據，進一步說明了溫度測量的重要性：bujinyaoceliangxitonghuohuanjingtiaojian，haiyaobuchangqitawenduminganyuanjian
，congerquebaochuanganqihexitongdejingdu。lingwaiyigehaochuzaiyu，youlejingquedewendujiance
，wuxuzaiduixitongjinxingguodushejilaibuchangbuzhunquedewenduceliang，congerkeyitigaoxitongxingnengbingjiangdichengben。

 

溫度設計挑戰分為三類

 

溫度監測：溫wen度du傳chuan感gan器qi提ti供gong有you價jia值zhi的de數shu據ju來lai持chi續xu跟gen蹤zong溫wen度du條tiao件jian，並bing為wei控kong製zhi係xi統tong提ti供gong反fan饋kui。此ci監jian測ce可ke以yi是shi係xi統tong溫wen度du監jian測ce或huo環huan境jing溫wen度du監jian測ce。在zai一yi些xie應ying用yong中zhong
，我wo們men可ke以yi看kan到dao設she計ji挑tiao戰zhan的de特te點dian是shi需xu要yao在zai控kong製zhi回hui路lu中zhong同tong時shi實shi現xian這zhe兩liang種zhong監jian測ce。這zhe些xie監jian測ce包bao括kuo係xi統tong溫wen度du監jian測ce、環境溫度監測以及身體或流體溫度監測。

 

 

溫度保護：在(zai)多(duo)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong)，一(yi)旦(dan)係(xi)統(tong)超(chao)過(guo)或(huo)低(di)於(yu)功(gong)能(neng)溫(wen)度(du)閾(yu)值(zhi)，便(bian)需(xu)要(yao)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)。溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)檢(jian)測(ce)到(dao)事(shi)先(xian)定(ding)義(yi)的(de)條(tiao)件(jian)時(shi)提(ti)供(gong)輸(shu)出(chu)警(jing)報(bao)以(yi)防(fang)止(zhi)係(xi)統(tong)損(sun)壞(huai)。在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)提(ti)升(sheng)處(chu)理(li)器(qi)吞(tun)吐(tu)量(liang)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)。係(xi)統(tong)經(jing)常(chang)過(guo)早(zao)啟(qi)動(dong)安(an)全(quan)熱(re)關(guan)斷(duan)，結(jie)果(guo)造(zao)成(cheng)高(gao)達(da)5°C甚至10°C的性能損失。當係統超過或低於功能溫度閾值時，工程師可以自主啟動實時保護措施。

 

 

溫度補償：溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)最(zui)大(da)限(xian)度(du)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)。監(jian)測(ce)和(he)校(xiao)正(zheng)其(qi)他(ta)關(guan)鍵(jian)組(zu)件(jian)在(zai)發(fa)熱(re)和(he)冷(leng)卻(que)時(shi)的(de)溫(wen)漂(piao)可(ke)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)故(gu)障(zhang)的(de)風(feng)險(xian)。

 

本係列文章將提供一些TI應(ying)用(yong)簡(jian)介(jie)，由(you)此(ci)說(shuo)明(ming)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)技(ji)術(shu)的(de)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)的(de)設(she)計(ji)注(zhu)意(yi)事(shi)項(xiang)。首(shou)先(xian)介(jie)紹(shao)主(zhu)要(yao)的(de)溫(wen)度(du)挑(tiao)戰(zhan)，然(ran)後(hou)重(zhong)點(dian)說(shuo)明(ming)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)的(de)設(she)計(ji)注(zhu)意(yi)事(shi)項(xiang)，評(ping)估(gu)溫(wen)度(du)精(jing)度(du)和(he)應(ying)用(yong)尺(chi)寸(cun)之(zhi)間(jian)的(de)權(quan)衡(heng)，同(tong)時(shi)討(tao)論(lun)傳(chuan)感(gan)器(qi)放(fang)置(zhi)方(fang)法(fa)。

 

溫度傳感器基本原理

 

在嵌入式係統中，總是需要更高的性能、更(geng)多(duo)的(de)功(gong)能(neng)和(he)更(geng)小(xiao)的(de)外(wai)形(xing)尺(chi)寸(cun)。鑒(jian)於(yu)這(zhe)種(zhong)需(xu)求(qiu)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)監(jian)測(ce)整(zheng)體(ti)溫(wen)度(du)以(yi)確(que)保(bao)安(an)全(quan)並(bing)保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)。在(zai)應(ying)用(yong)中(zhong)集(ji)成(cheng)更(geng)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)一(yi)步(bu)推(tui)動(dong)了(le)對(dui)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)的(de)需(xu)求(qiu)，不(bu)僅(jin)要(yao)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)條(tiao)件(jian)或(huo)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)
，還(hai)要(yao)補(bu)償(chang)溫(wen)度(du)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)並(bing)保(bao)持(chi)整(zheng)體(ti)係(xi)統(tong)精(jing)度(du)。

 

溫度設計注意事項

 

實現高效溫度監測和保護的注意事項包括：

 

• 精(jing)度(du)。傳(chuan)感(gan)器(qi)精(jing)度(du)表(biao)示(shi)溫(wen)度(du)與(yu)真(zhen)實(shi)值(zhi)的(de)接(jie)近(jin)程(cheng)度(du)。在(zai)確(que)定(ding)精(jing)度(du)時(shi)，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)所(suo)有(you)因(yin)素(su)，包(bao)括(kuo)采(cai)集(ji)電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)整(zheng)個(ge)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)線(xian)性(xing)度(du)。

• 尺(chi)寸(cun)。傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)尺(chi)寸(cun)會(hui)對(dui)設(she)計(ji)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)，而(er)分(fen)析(xi)整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)有(you)助(zhu)於(yu)實(shi)現(xian)更(geng)優(you)化(hua)的(de)設(she)計(ji)。傳(chuan)感(gan)器(qi)尺(chi)寸(cun)還(hai)決(jue)定(ding)了(le)熱(re)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)，這(zhe)對(dui)於(yu)體(ti)溫(wen)監(jian)測(ce)等(deng)應(ying)用(yong)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。

• 傳感器放置。傳感器的封裝和放置會影響響應時間和傳導路徑；這兩個因素都對高效溫度設計至關重要。

 

工業中常見的溫度傳感器技術包括集成電路 (IC) 傳感器、熱敏電阻
、RTD和熱電偶。下表比較了在為設計挑戰評選適合的技術時參考的主要特性。

 

 

IC傳感器

 

IC溫度傳感器取決於矽帶隙的預測溫度依賴性。如下圖和公式所示，精密電流為內部正向偏置P-N結提供電源，從而產生對應於器件溫度的基極-發射極電壓變化 (ΔVBE)。

 

 

矽帶隙的溫度依賴性

 

鑒於矽的可預測行為，IC可在寬泛的溫度範圍內提供高線性度和精度（高達 ±0.1°C）。這些傳感器可以集成係統功能，例如模數轉換器 (ADC) 或比較器，最終可以降低係統複雜性並減小整體占用空間。這些傳感器通常采用表麵貼裝和穿孔封裝技術。

 

熱敏電阻

 

熱敏電阻是無源組件
，其電阻很大程度上取決於溫度。熱敏電阻分為兩類：正溫度係數 (PTC) 和負溫度係數 (NTC)。

 

雖然熱敏電阻針對板載和非板載溫度傳感方式提供了多種封裝選擇
，但與IC傳感器相比
，其實現方案通常需要更多的係統組件。矽基PTC熱敏電阻具有線性特征
，而NTC熱敏電阻具有非線性特征，通常會增加校準成本和軟件開銷。

 

 

典型的熱敏電阻實現方案

 

上圖顯示了典型的熱敏電阻實現方案。通常很難確定熱敏電阻的真實係統精度。NTC係統誤差的影響因素包括NTC容差、偏置電阻器（易受溫漂影響）、ADC（可能導致量化誤差）
、NTC固有的線性化誤差以及基準電壓。
 

RTD
 

RTD是由鉑
、鎳或銅等純淨材質製成的溫度傳感器，具有高度可預測的電阻/溫度關係。 

 

複雜的四線RTD電路

 

鉑RTD可在高達600°C的de寬kuan泛fan溫wen度du範fan圍wei內nei提ti供gong高gao精jing度du和he高gao線xian性xing度du。如ru上shang圖tu所suo示shi，一yi個ge采cai用yong模mo擬ni傳chuan感gan器qi的de實shi現xian方fang案an中zhong包bao括kuo複fu雜za的de電dian路lu和he設she計ji挑tiao戰zhan。最zui終zhong
，為wei了le實shi現xian精jing確que的de係xi統tong，需xu要yao進jin行xing複fu雜za的de誤wu差cha分fen析xi，這zhe是shi因yin為wei產chan生sheng影ying響xiang的de組zu件jian數shu量liang較jiao多duo
，而er這zhe也ye會hui影ying響xiang係xi統tong的de整zheng體ti尺chi寸cun。RTD還需要在製造期間進行校準，而後每年進行現場校準。

 

RTD 係統誤差的影響因素包括RTD容差、自發熱、ADC量化誤差和基準電壓。

 

熱電偶

 

redianouyoulianggebutongdediandaotizucheng，zhelianggediandaotizaibutongdewenduxiaxingchengdianjie。youyurediansaibeikexiaoying，redianouchanshengyuwenduxiangguandedianya。gaidianyazhuanhuanweireduanhelengduanzhijiandewencha。 

 

 

帶有冷端補償 (CJC) 溫度傳感器的熱電偶

 

bixuzhidaolengduandewenducainenghuodereduanwendu。youyuyoulianggexitongjuyouxianghuyingxiangdedandurongchahenengli，zhelidejingdujiangshoudaoxianzhi。shangtuxianshileyigedianxingdeCJC實現方案，其中采用熱電偶和外部傳感器來測定熱端溫度。

 

熱電偶不需要外部激勵，因此不會受到自發熱問題的影響。它們還支持極端溫度 (>2,000°C)。

 

雖然熱電偶堅固耐用且價格低廉
，但它們卻需要額外的溫度傳感器來支持CJC。熱電偶往往具有非線性特征，並且對於熱電偶與電路板連接處的寄生結非常敏感。對熱電偶進行數字化容易受到先前討論的 ADC 誤差的影響。

 

 

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