[摘要]本文介绍了几种常用温度传感器的原理，论述了智能温度传感器的现状及发展趋势。

　　[关键词]传感器敏感元件智能化

　　1　前言

　　温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感 器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段；

　　(1)传统的分立式温度传感器（含敏感元件)，主 要是能够进行非电量和电量之间转换。
　　(2)模拟集成温度传感器/控制器。
　　(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传 感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化 的方向发展。

　　2　温度传感器的分类

　　温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触 式温度传感器。

　　接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这 时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比 较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、 热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。

　　非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常 用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是 可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对 象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。

　　3　温度传感器的发展

　　3.1传统的分立式温度传感器——热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温 度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的 影响，具有较高的精确度;测量范围广，可从-50~1600丈 进行连续测量，特殊的热电偶如金铁一镇铬，最低可 测到-269^，钨一铼最高可达2800丈。

　　3.2集成（IC)温度传感器

　　3.2.1模拟集成温度传感器

　　集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因 此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温 度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感 器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。

　　模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅 测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输 距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需 要进行非线性校准，外围电路简单。

　　3.2.2智能温度传感器

　　智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20 世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技 术和自动测试技术（ATE)的结晶。目前，国际上已开 发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器 内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储 器C或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU)、随机存取存储器（RAM)和 只读存储器（ROM)。

　　智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控 制量，适配各种微控制器（MCU)，并且可通过软件来 实现测试功能，其智能化取决于软件的开发水平。

　　3.3智能温度传感器发展的新趋势

　　3.3.1提高测温精度和分辨力

　　智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其 测温精度较低，分辨力只能达到1^。目前，国外已相 继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所 用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般可达 0.5~0.06251。由美国DALLAS半导体公司新研制的 DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进 制数据，其分辨力高达〇.〇3125丈，测温精度为±0.2丈。 为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的 芯片采用髙速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5 通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路 远程传感器的转换时间仅为27μs、9μs。

　　3.3.2增加测试功能

　　温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629 型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC)， 使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用 芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的 短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道 的方向发展，这为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。

　　传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增 加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能 温度传感器而言，主机（外部微处理器或单片机）还 可通过相应的寄存器来设定其A7D转换速率（典型产 品为MAX6654)，分辨力及最大转换时间（典型产品为 DS1624)。

　　3.3.3总线技术的标准化与规范化

　　智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用总线主要有单线（1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通 过专用总线接口与主机进行通信。

　　3.3.4可靠性及安全性设计

　　A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技 术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力 比较差。§1型智能温度传感器(例如TMP03/204、LM74、 LM83)普遍采用了高性能的S-A式A/D转换器不仅能 滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低；由于 采用数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂 移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度传感器 兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成 本低等优点。
为防止因人体静电放电（ESD)而损坏芯片。一些 智能温度传感器还增加了 ESD保护电路，一般可承受 1000~4000V的静电放电电压。通常是将人体等效于由 100pF电容1.2kΩ电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，TCN75型智能温度传感器的串行接口端、中断/ 比较器信号输出端和地址输人端均可承受1000V的静电放电电压。

　　最新开发的智能温度传感器还增加了传感器故障 检测功能，能自动检测外部晶体管温度传感器（亦称远程传感器）的开路或短路故障。MAX6654还具有选 择“寄存阻抗抵消”（Parasitic Resistance Cancellation, 缩写为PRC)模式，能抵消远程传感器引线阻抗所引 起的测温误差，即使引线阻抗达到100Q,也不会影响 测量精度。远程传感器引线可采用普通双绞线或者带 屏蔽层的双绞线。

　　3.3.5虚拟温度传感器和网络温度传感器行步距和设定步距。

　　A:托钢位置；B:缓慢上升位；C:上升位置；D:缓慢前进位置；
　　E:前进位置；F:缓慢放钢位；G:放钢位；H:缓慢下降位；
　　I:下降位;J:缓慢后退位；K:后退位;L:起始位置

　　3　日常维护中常见故障

　　(1)调试阶段故障

　　新位置传感器的故障问题比较复杂，其特征是设 计、制造、安装以及管理等质量问题交织一起。常见 的故障有安装松动、位置难以调整稳定，也有属于当 初设计欠妥，部件选择不当，动作不平稳，定位精度 达不到要求。对待这类故障应该耐心细致，慎重处理， 逐一排除。

　　(2)运行初期和中期故障

　　调试后进人正常生产阶段的故障特征是：插头松 动或接触不良，造成信号时有时无，管壁内进人杂质、 脏物，导致某些元件工作不稳定，线性关系被破坏，表 现为位置忽大忽小，极不稳定。一般到运行中期，系 统元件/组件处于最佳运行工作状态，故障率较低。

　　(3)运行后期故障

　　位置传感器运行一段时间后，各类元件/组件因为 工作频率和负载条件的差异，易损件先后磨损超差，这 个阶段的故障特征是位置反馈接触不良、定位精度差、 稳定性下降、效率显著降低、故障率逐渐增加。这时 应注意全面检查，更换有关失效部件，应科学、严格 的下决心投资，子以全m修复，否则可能给运行人员 带来很多的麻烦，甚至严重影响位置的正常调节和控制。

　　改善位置传感器的工作环境和使用条件

　　位置传感器的可靠性和寿命与使用情况、所处的 环境条件、人员知识等因素有着直接的关系。在维护 与管理上应改善其工作环境与使用条件，使之延长寿命。

　　虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台并通 过软件开发而成的。利用软件可完成传感器的标定及 校准，以实现最佳性能指标。最近，B&K公司已开发 出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器。

　　其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号 并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标 定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至 计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再 从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检 查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。

　　4　总结

　　随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度传感器的要求也越来越高，主 要有以下几个方面：

　　(1)扩展测温范围：随着工业的发展，对超高温、 超低温的测量要求越来越迫切。

　　(2)提高测量精度：随着电子技术的发展，信号处理仪表的精度有了很大的提高。

　　(3)扩大测温对象：随着工业和人们日常生活要求的提高，现在已由点测量发展到线、面测量。

　　(4)发展新产品，满足特殊需要：在温度测量中， 除了进一步扩展与完善管缆热电偶、热电阻，以及晶 体管测温元件、快速高灵敏度的普通热电偶外，根据 被测对象的环境，还提出了许多特殊的要求，如防硫、 防爆、耐磨的热电偶，钢水连续测温，火焰温度测量等。

　　(5)显示数字化：温度仪表不但具有读数直观、无 误差、分辨率高、测量误差小的特点，而且给温度仪表的智能化带来很大方便。

　　(6)检定自动化：由于温度校验装置将直接影响 温度仪表质量的提高，我国已研制出用微型机控制的热电偶校验装置。

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