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：不(bu)僅(jin)要(yao)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)或(huo)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)，還(hai)要(yao)補(bu)償(chang)其(qi)他(ta)溫(wen)度(du)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)，從(cong)而(er)確(que)保(bao)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)係(xi)統(tong)的(de)精(jing)度(du)。另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)好(hao)處(chu)在(zai)於(yu)
，有(you)了(le)精(jing)確(que)的(de)溫(wen)度(du)監(jian)測(ce)
，無(wu)需(xu)再(zai)對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)過(guo)度(du)設(she)計(ji)來(lai)補(bu)償(chang)不(bu)準(zhun)確(que)的(de)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)，從(cong)而(er)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)並(bing)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。

 

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：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
、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：

 

• jingdu。chuanganqijingdubiaoshiwenduyuzhenshizhidejiejinchengdu。zaiquedingjingdushi，bixukaolvsuoyouyinsu
，baokuocaijidianluyijizhenggegongzuowendufanweineidexianxingdu。

• 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

 

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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