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：wenduchuanganqitigongyoujiazhideshujulaichixugenzongwendutiaojian，bingweikongzhixitongtigongfankui。cijiancekeyishixitongwendujiancehuohuanjingwendujiance。zaiyixieyingyongzhong
，womenkeyikandaoshejitiaozhandetedianshixuyaozaikongzhihuiluzhongtongshishixianzheliangzhongjiance。zhexiejiancebaokuoxitongwendujiance、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TIyingyongjianjie，youcishuomingshiyongbutongwenduchuanganjishudegezhongyingyongdeshejizhuyishixiang。shouxianjieshaozhuyaodewendutiaozhan，ranhouzhongdianshuominggezhongyingyongdeshejizhuyishixiang，pingguwendujingduheyingyongchicunzhijiandequanheng，tongshitaolunchuanganqifangzhifangfa。

 

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、gengduodegongnenghegengxiaodewaixingchicun。jianyuzhezhongxuqiu
，shejirenyuanbixujiancezhengtiwenduyiquebaoanquanbingbaohuxitong。zaiyingyongzhongjichenggengduochuanganqijinyibutuidongleduiwenduceliangdexuqiu，bujinyaoceliangxitongtiaojianhuohuanjingtiaojian，haiyaobuchangwenduminganyuanjianbingbaochizhengtixitongjingdu。

 

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°Cdekuanfanwendufanweineitigonggaojingduhegaoxianxingdu。rushangtusuoshi，yigecaiyongmonichuanganqideshixianfanganzhongbaokuofuzadedianluheshejitiaozhan。zuizhong，weileshixianjingquedexitong
，xuyaojinxingfuzadewuchafenxi，zheshiyinweichanshengyingxiangdezujianshuliangjiaoduo，erzheyehuiyingxiangxitongdezhengtichicun。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

 

熱(re)電(dian)偶(ou)由(you)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)導(dao)體(ti)組(zu)成(cheng)

，這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)導(dao)體(ti)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)溫(wen)度(du)下(xia)形(xing)成(cheng)電(dian)結(jie)。由(you)於(yu)熱(re)電(dian)塞(sai)貝(bei)克(ke)效(xiao)應(ying)，熱(re)電(dian)偶(ou)產(chan)生(sheng)與(yu)溫(wen)度(du)相(xiang)關(guan)的(de)電(dian)壓(ya)。該(gai)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)為(wei)熱(re)端(duan)和(he)冷(leng)端(duan)之(zhi)間(jian)的(de)溫(wen)差(cha)。 

 

 

帶有冷端補償 (CJC) 溫度傳感器的熱電偶

 

必bi須xu知zhi道dao冷leng端duan的de溫wen度du才cai能neng獲huo得de熱re端duan溫wen度du。由you於yu有you兩liang個ge係xi統tong具ju有you相xiang互hu影ying響xiang的de單dan獨du容rong差cha和he能neng力li，這zhe裏li的de精jing度du將jiang受shou到dao限xian製zhi。上shang圖tu顯xian示shi了le一yi個ge典dian型xing的deCJC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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