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：zaiduozhongyingyongzhong
，yidanxitongchaoguohuodiyugongnengwenduyuzhi
，bianxuyaocaiqucuoshi。wenduchuanganqizaijiancedaoshixiandingyidetiaojianshitigongshuchujingbaoyifangzhixitongsunhuai。zaibuyingxiangxitongkekaoxingdeqingkuangxiatishengchuliqituntuliangshikexingde。xitongjingchangguozaoqidonganquanreguanduan
，jieguozaochenggaoda5°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：wenduchuanganqikeyizaizhengchanggongzuoqijiansuiwendubianhuazuidaxiandutigaoxitongxingneng。jiancehexiaozhengqitaguanjianzujianzaifarehelengqueshidewenpiaokejiangdixitongguzhangdefengxian。

 

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、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°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

 

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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