隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳感器技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其中，在傳感器家族中占有重要地位的成員——溫度傳感器的應(yīng)用也深入了各個(gè)領(lǐng)域。
一、     傳感器定義
什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置；簡(jiǎn)單說(shuō)傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號(hào)，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來(lái)講，可分為①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等*類（還有人曾將傳感器分46類）。下面對(duì)常用的熱敏、光敏、氣敏、力敏和磁敏傳感器及其敏感元件介紹如下。
      MST型和 MSTB型溫度傳感器
二 、溫度傳感器及熱敏元件
主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測(cè)元件的應(yīng)用廣泛，這是因?yàn)樵谠试S工作條件范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點(diǎn)，而且制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。
1 半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理
按溫度特性熱敏電阻可分為兩類，
隨溫度上升電阻增加的為
正溫度系數(shù)熱敏電阻，
反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
⑴ 正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
此種熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）
為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導(dǎo)體材 料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對(duì)于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘。當(dāng)溫度低時(shí)，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過(guò)位壘，所以電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度，此元件的‘溫度控制點(diǎn)’ 一般鈦酸鋇的居里點(diǎn)為120℃）時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因?yàn)檫@種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動(dòng)控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無(wú)明火，不易燃燒，電壓交、直流3～440V均可，使用壽命長(zhǎng)，非常適用于電動(dòng)機(jī)等電器裝置的過(guò)熱探測(cè)。
⑵ 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，*類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負(fù)溫度
系數(shù)熱敏電阻類型很多，
使用區(qū)分低溫（-60～300℃）、
中溫（300～600℃）、高溫（>600℃）
三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、
響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，
廣泛應(yīng)用于需要定點(diǎn)測(cè)溫的溫度自動(dòng)控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。
熱敏電阻與簡(jiǎn)單的放大電路結(jié)合，就可檢測(cè)千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測(cè)溫計(jì)，能完成高精度的溫度測(cè)量。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55℃～+315℃，特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?55℃，可達(dá)-273℃。
三、各種類型傳感器
（一）數(shù)字
  TDC數(shù)字（不銹鋼封裝的DS18B20傳感器）
TDC數(shù)字采用美國(guó)Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化DS18B20，傳感器采用不銹鋼外殼封裝, 防水防潮。
  專門(mén)設(shè)計(jì)的傳感器不銹鋼外殼，僅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄熱量，采用導(dǎo)熱性高的密封膠，保證了的高靈敏性，極小的溫度延遲。
TDC支持“一線總線”接口（1-Wire），測(cè)量溫度范圍為 -55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度
測(cè)量。
  數(shù)字與單片機(jī)構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng) 　
摘　要：LM92 I2C總線方式控制的數(shù)字和MSP430單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)溫嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行過(guò)程控制。
1LM92數(shù)字
　　LM92是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司近期生產(chǎn)的一種高精度數(shù)字，他采用I2C總線方式 控制。內(nèi)含12 b溫度A/D轉(zhuǎn)換器，工作電壓：＋2.7～+5.5 V；測(cè)溫范圍：-55～＋150 ℃；精度：±0.333 ℃（30 ℃時(shí)）；線形度：±0.5 ℃；溫度刷新間隔：500 ms。內(nèi)部有 16 b只讀溫度寄存器，通過(guò)I2C總線方式控制，可以存儲(chǔ)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，還可以設(shè)置窗口上、下限溫度值，臨界溫度告警值。當(dāng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)偏離窗口上、下限溫度范圍，或臨界溫度值時(shí)，LM92可以產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)INT或臨界溫度告警信號(hào)TCRITA。在同一條I2C總線上zui多可連接4個(gè)LM92。LM92采用SO8腳封裝，I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘 線SCL構(gòu)成；其輸出為漏極開(kāi)路，總線必須接有上拉電阻。
2MSP430與I2C總線LM92的接口
　　MSP430單片機(jī)與傳統(tǒng)的51單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大的區(qū)別。其中之一就是：在MSP430的外圍接口電路中，沒(méi)有提供像51那樣控制外設(shè)讀、寫(xiě)、地址鎖存信號(hào)的硬件電路。與這種接口電路相適應(yīng)， MSP430更傾向使用I2C總線以及ISP等基于串行接口的外圍器件。如圖1所示。
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3MSP430單片機(jī)與LM92 構(gòu)成嵌入式測(cè)溫系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　LM92數(shù)字與傳統(tǒng)的熱敏電阻器、模擬不同，他可以直接將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成13 b串行數(shù)字溫度信號(hào)，供CPU讀?。辉谟布娐吩O(shè)計(jì)上就可以省去傳統(tǒng)傳感器 需要的信號(hào)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。
　　雖然長(zhǎng)期以來(lái)熱敏電阻器是zui常用的元件，目前在一些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍然起重要的作用；在汽車(chē)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，仍然采用熱敏電阻器。熱敏電阻器的電壓輸出與溫度不具有線性關(guān)系，需通過(guò)查表或外加線性化電路，才能得到準(zhǔn)確的溫度。而且，熱敏電阻器在高溫區(qū)段電壓變化率較小，不易分辨，造成溫度測(cè)量的誤差較大。這是熱敏電阻器的zui大缺點(diǎn)。其次，熱敏電阻器產(chǎn)品在不同的批次間存在差異，電子響應(yīng)性能不一致。因而，使用前都需要進(jìn)行調(diào)校，在大量生產(chǎn)時(shí)增加了成本和時(shí)間。相比之下，集成電路LM92輸出與溫度成線性關(guān)系，無(wú)論在高溫或低溫范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度都是一樣的。但是LM92數(shù)字測(cè)溫范圍是：-55～＋150 ℃，特別是在高溫段的測(cè)溫范圍，相對(duì)熱敏電阻器較低；限制了他在一些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用。但在低溫段可以替代熱敏電阻器、模擬。
　　MSP430單片機(jī)片內(nèi)zui多有64 kB的ROM，可以*容納一個(gè)控溫程序，不需要對(duì)外擴(kuò)展ROM芯 片。MSP430單片機(jī)與LM92構(gòu)成的嵌入式測(cè)溫系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，可以充分減小制版面積，減小了成本；系統(tǒng)設(shè)計(jì)也可以簡(jiǎn)化，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。提高了系統(tǒng)的度、準(zhǔn)確度、可靠性，減小了系統(tǒng)
DS18B20數(shù)字化
1.     適用電壓為3V～5V
2.     2.9～12位分辨率可調(diào)
3.     3.TO-92、SOIC及CSP封裝可選
4.測(cè)溫范圍：-55℃～125℃
5.精度：-10℃～85℃范圍內(nèi)±0.5℃
6.無(wú)需外部元件，*的一線接口，電源和信號(hào)復(fù)合在一起
7.每個(gè)芯片*編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待

（二）、溫濕度一體化傳感器
    MSTH型溫濕度一體化傳感器
MSTH壁掛式溫濕度傳感器性能達(dá)到了國(guó)內(nèi)外*水平，是目前相對(duì)濕度環(huán)境測(cè)試的產(chǎn)品之一。其優(yōu)點(diǎn)在于：儀表采用遞推平均數(shù)字軟件濾波與硬件電路濾波相結(jié)合的濾波方法，使外界對(duì)采樣的干擾盡可能降到zui低；傳感器采用多個(gè)濕敏元件組合，保證全量程模擬量輸出線性好，并可同時(shí)顯示溫濕度數(shù)值，全量程精度高、穩(wěn)定性能強(qiáng)、一致性好、使用壽命長(zhǎng)、遠(yuǎn)距離傳輸不失真、響應(yīng)速度快、濕度測(cè)試具備溫度補(bǔ)償，溫濕度信號(hào)同步采樣等?！∷哂蠷S-232或485串行接口可與計(jì)算機(jī)組成多點(diǎn)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，也可單獨(dú)作為溫濕度測(cè)量?jī)x表使用。每臺(tái)計(jì)算機(jī)zui多可與32臺(tái)儀表連接。
          MSTHS型溫濕度傳感器
MSTHS數(shù)字通訊型溫濕度變送器通過(guò)RS-485串行總線或4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)溫濕度綜合檢測(cè)。本系列產(chǎn)品適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和科研的溫濕度測(cè)控領(lǐng)域。
風(fēng)管式溫濕度變送器
H7051系列風(fēng)管式溫濕度變送器，濕度和溫度風(fēng)管式傳感器合二為一，其中濕度為電容式，阻值特性為PT100，PT1000，BALCO500。
Honeywell 溫濕度變送器
羅卓尼克溫濕度變送器
（三）、紅外
在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)與控制方面，
紅外以其優(yōu)異的性能，
滿足了多方面的要求。
在產(chǎn)品加工行業(yè)中，特別是需要對(duì)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，一般都是大顯身手的地方。
原理：任何物體都會(huì)發(fā)出電磁輻射，
這種電磁輻射能被紅外測(cè)量。
當(dāng)物體溫度變化時(shí)，其輻射出的電磁波
的波長(zhǎng)也會(huì)隨之變化，紅外傳感器能將這種波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)換成溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、測(cè)溫的目的
特點(diǎn)：抗電磁和射頻干擾，
實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸測(cè)溫、
遠(yuǎn)距離測(cè)量高溫等功能，
紅外傳感器價(jià)格便宜。
應(yīng)用領(lǐng)域：用于食品、采暖空調(diào)
和汽車(chē)等。比如用在食品烘烤機(jī)、
理發(fā)吹風(fēng)機(jī)上，
紅外傳感器檢測(cè)溫度是否過(guò)熱，
以便系統(tǒng)決定是否進(jìn)行下一步操作，如
停止加熱，或是將食品從烤箱中自動(dòng)取出，或是使吹風(fēng)機(jī)冷卻等。
（四）、熱電偶
比如兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，
如在某點(diǎn)互相連接在一起，
對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，
在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間。
熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷
它靈敏度比較低，
容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，
也容易受到前置放大器溫度漂移的
影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成。
（五）、集成
集成實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：
式中，K—波爾茲常數(shù)；       q—電子電荷值。
集成具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0℃時(shí)輸出為0，溫度25℃時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。
AD590及其應(yīng)用
AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：
1、流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：
mA/K式中： —流過(guò)器件（AD590）的電流，單位為mA；
T—熱力學(xué)溫度，單位為K。
2、AD590的測(cè)溫范圍
為-55℃～+150℃。
3、AD590的電源電壓范圍
為4V～30V。
電源電壓可在4V~6V范圍變化，
電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。
4、輸出電阻為710MW。
5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度zui高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃
μPC616及其應(yīng)用
μPC616的結(jié)構(gòu)與工作原理　　
    PN結(jié)集成具有良好的輸出線性，輸出阻抗低，易與控制電路接口，可用于溫度的測(cè)量和控制，也可用于熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償和空氣流速檢測(cè)等方面。μPC系列的傳感器是NEC公司的產(chǎn)品，μPC616是典型產(chǎn)品之一，其原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。

    μPC616A的測(cè)量范圍是-40～+125℃，而μPC616C測(cè)量范圍是-25～+85℃。μPC616A是利用一對(duì)非常匹配的晶體管，使它們工作在不同的電流密度下，利用晶體管VBE之差ΔVBE與溫度（T）的線性關(guān)系來(lái)測(cè)溫。在圖1中，發(fā)射極和基極電壓之差ΔVBE可表示為：

    式中：K為波爾茲曼常數(shù)，I1、I2為晶體管G1和G2的集電極電流，q為電子電荷，r為G1和G2發(fā)射極面積比，是一個(gè)常數(shù)。　　
    由上式可知，如果I1／I2在較寬的溫度范圍內(nèi)不變，則ΔVBE與溫度T成線性關(guān)系。圖3是μPC616A的PN結(jié)溫度（℃）與其輸出電壓（V）之間的關(guān)系曲線，可以看出，它們之間呈現(xiàn)非常好的線性關(guān)系。

    從圖2中可以看出，μPC616電路可分為部分、穩(wěn)壓部分和運(yùn)算放大器部分。部分具有10mV/K的溫度系數(shù)，其輸出電壓的值在T=25℃時(shí)為2.982V（對(duì)應(yīng)于298.2K），因此μPC616可以很方便地把它的輸出值轉(zhuǎn)換成溫度值。穩(wěn)壓部分中具有溫度補(bǔ)償電路，因而使輸出電壓十分穩(wěn)定，整個(gè)電路性能具有穩(wěn)定、可靠和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，這部分電路等效成一個(gè)擊穿電壓為6.85V的齊納二極管。運(yùn)算放大器在電路中具有兩個(gè)功能，其一是當(dāng)μPC616用于測(cè)溫時(shí)，運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端連接而成為電壓跟隨器，輸出信號(hào)與所測(cè)溫度（K）相對(duì)應(yīng)，輸出電壓與溫度的對(duì)應(yīng)值為100K／V；第二個(gè)功能是反相輸入端單獨(dú)使用，作為溫度控制時(shí)設(shè)定值的輸入端。
   
集成μPC616的應(yīng)用　　
    μPC616的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)單，圖4所示是用于測(cè)溫的兩種基本電路，電路中的1腳、2腳相連，第3腳與1，2腳之間具有10mV/K的溫度系數(shù)，而且輸出電壓V0=（10mV／K）×T，T為溫度。從圖2可知，第3、4腳之間有一個(gè)相當(dāng)于6.85V的穩(wěn)壓管。為使穩(wěn)壓管能正常工作，外加電源應(yīng)大于6.85V并需串入一個(gè)電阻，這個(gè)電阻值的大小根據(jù)μPC616工作電流（約1mA）和外加電壓來(lái)確定，例如外加電壓為15V，則：
    μPC616除可用于測(cè)量溫度外，還可用于溫度控制。如圖5所示，傳感器的2腳作溫度設(shè)定值的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器Rw，使它的電阻值定在與某一溫度相對(duì)應(yīng)的電壓值上。當(dāng)外界溫度超過(guò)或低于此溫度時(shí)，1腳會(huì)輸出高電平或低電平，完成對(duì)溫度的判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制或進(jìn)行報(bào)警。

四、應(yīng)用
汽車(chē)空調(diào)
用于自動(dòng)檢測(cè)駕駛室內(nèi)外溫度，分兩個(gè)品種，一種為數(shù)字型，由智能型芯片控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫度顯示精度高、升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。另一種為模擬型，由熱敏電阻組成。
用在汽車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)火焰預(yù)熱低溫啟動(dòng)系統(tǒng)中的
五、小結(jié)
  隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，的作用日顯突出，已成為自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)量測(cè)試中*的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)論是從設(shè)計(jì)還是從應(yīng)用角度看，技術(shù)既是一門(mén)分散型技術(shù)，又是一門(mén)知識(shí)密集型技術(shù)。它涉及的知識(shí)面寬，交叉學(xué)科多，應(yīng)用條件雜，使用范圍廣。因此，在工程實(shí)踐中，要充分發(fā)揮的作用，必須了解的原理、性能、使用特點(diǎn)和方法，以便根據(jù)不同的目的，選擇相應(yīng)的產(chǎn)品，構(gòu)成所需要的檢測(cè)系統(tǒng)或裝置