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造紙工業(yè)集成溫度傳感器的分類和應(yīng)用
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/8/10

  按照溫度傳感器輸出信號(hào)的模式,可大致劃分為三大類:數(shù)字式溫度傳感器、邏輯輸出溫度傳感器、模擬式溫度傳感器。

  一、模擬溫度傳感器

  傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器,如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對(duì)溫度的監(jiān)控,在一些溫度范圍內(nèi)線性不好,需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償;熱慣性大,響應(yīng)時(shí)間慢。集成模擬溫度傳感器與之相比,具有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),而且它還將驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上,有實(shí)際尺寸小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。這里主要介紹該類器件的幾個(gè)典型。

  1、AD590溫度傳感器

  AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器,供電電壓范圍為3~30V,輸出電流223μA(-50℃)~423μA(+150℃),靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí),R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大,以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源,最高可達(dá)20MΩ,所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。

  2、LM135/235/335溫度傳感器

  LM135/235/335系列是美國國家半導(dǎo)體公司(NS)生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器,工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K,具有小于1Ω的動(dòng)態(tài)阻抗,工作電流范圍從400μA到5mA,精度為1℃,LM135的溫度范圍為-55℃~+150℃,LM235的溫度范圍為-40℃~+125℃,LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該系列器件廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫差測量以及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中。

  二、邏輯輸出型溫度傳感器

  在許多應(yīng)用中,我們并不需要嚴(yán)格測量溫度值,只關(guān)心溫度是否超出了一個(gè)設(shè)定范圍,一旦溫度超出所規(guī)定的范圍,則發(fā)出報(bào)警信號(hào),啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設(shè)備,此時(shí)可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。

  1、LM56溫度開關(guān)

  LM56是NS公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開關(guān),內(nèi)置1.25V參考電壓輸出端。最大只能帶50μA的負(fù)載。 電源電壓從2.7~10V,工作電流最大230μA,內(nèi)置傳感器的靈敏度為6.2mV/℃,傳感器輸出電壓為6.2mV/℃×T+395mV。

  2、MAX6501/02/03/04溫度監(jiān)控開關(guān)

  MAX6501/02/03/04是具有邏輯輸出和SOT-23封裝的溫度監(jiān)視器件開關(guān),它的設(shè)計(jì)非常簡單:用戶選擇一種接近于自己需要的控制的溫度門限(由廠方預(yù)設(shè)在-45℃到+115℃,預(yù)設(shè)值間隔為10℃)。直接將其接入電路即可使用,無需任何外部元件。其中MAX6501/MAX6503為漏極開路低電平報(bào)警輸出,MAX6502/MAX6504為推/拉式高電平報(bào)警輸出,MAX6501/MAX6503提供熱溫度預(yù)置門限(35℃到+115℃),當(dāng)溫度高于預(yù)置門限時(shí)報(bào)警;MAX6502/MAX6504提供冷溫度預(yù)置門限(-45℃到+15℃),當(dāng)溫度低于預(yù)置門限時(shí)報(bào)警。 對(duì)于需要一個(gè)簡單的溫度超限報(bào)警而又空間有限的應(yīng)用如筆記本電腦、蜂窩移動(dòng)電話等應(yīng)用來說是非常理想的,該器件的典型溫度誤差是±0.5℃,最大±4℃,滯回溫度可通過引腳選擇為2℃或10℃,以避免溫度接近門限值時(shí)輸出不穩(wěn)定。這類器件的工作電壓范圍為2.7V到5.5V,典型工作電流30μA。

  三、數(shù)字式溫度傳感器

  1、MAX6575/76/77 數(shù)字溫度傳感器

  如果采用數(shù)字式接口的溫度傳感器,上述設(shè)計(jì)問題將得到簡化。同樣,當(dāng)A/D和微處理器的I/O管腳短缺時(shí),采用時(shí)間或頻率輸出的溫度傳感器也能解決上述測量問題。以MAX6575/76/77系列SOT-23封裝的溫度傳感器為例,這類器件可通過單線和微處理器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳送,提供三種靈活的輸出方式--頻率、周期或定時(shí),并具備±0.8℃的典型精度,一條線最多允許掛接8個(gè)傳感器,150μA典型電源電流和2.7V到5.5V的寬電源電壓范圍及-45℃到+125℃的溫度范圍。它輸出的方波信號(hào)具有正比于絕對(duì)溫度的周期,采用6腳SOT-23封裝,僅占很小的板面。該器件通過一條I/O與微處理器相連,利用微處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器測出周期后就可計(jì)算出溫度。

  2、可多點(diǎn)檢測、直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器DS1612

  DS1612是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS數(shù)字式溫度傳感器。內(nèi)含兩個(gè)不揮發(fā)性存儲(chǔ)器,可以在存儲(chǔ)器中任意的設(shè)定上限和下限溫度值進(jìn)行恒溫器的溫度控制,由于這些存儲(chǔ)器具有不揮發(fā)性,因此一次定入后,即使不用CPU也仍然可以獨(dú)立使用。

  溫度測量原理和精度:在芯片上分別設(shè)置了一個(gè)振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器(OSC1)和一個(gè)溫度系數(shù)較小的振蕩器(OSC2)。在溫度較低時(shí),由于OSC2的開門時(shí)間較短,因此溫度測量計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值(n)較;而當(dāng)溫度較高時(shí),由于OSC2的開門時(shí)間較長,其計(jì)數(shù)值(m)增大。

  如果在上述計(jì)數(shù)值基礎(chǔ)上再加上一個(gè)同實(shí)際溫度相差的校正數(shù)據(jù),就可以構(gòu)成一個(gè)高精度的數(shù)字溫度傳感器。該公司將這個(gè)校正值定入芯片中的不揮發(fā)存儲(chǔ)器中,這樣傳感器輸出的數(shù)字量就可以作為實(shí)際測量的溫度數(shù)據(jù),而不需要再進(jìn)行校準(zhǔn)。它可測量的溫度范圍為-55℃~+125℃,在0℃~+70℃范圍內(nèi),測量精度為±0.5℃,輸出的9位編碼直接與溫度相對(duì)應(yīng)。

  DS1621同外部電路的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的通信是通過雙向總線來實(shí)現(xiàn)的,由CPU生成串行時(shí)鐘脈沖(SCL),SDA是雙向數(shù)據(jù)線。通過地址引腳A0、A1、A2將8個(gè)不同的地址分配給各器件。通過設(shè)定寄存器來設(shè)置工作方式,并對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。被測的溫度數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在溫度傳感器寄存器中,高溫(TH)和低溫(TL)閾值寄存器存儲(chǔ)了恒溫器輸出(Tout)的閾值。

   現(xiàn)在,各種集成的溫度傳感器的功能越來越專業(yè)化。比如,MAXIM公司近期推出的MAX1619是一種增強(qiáng)型精密遠(yuǎn)端數(shù)字溫度傳感器,能夠監(jiān)測遠(yuǎn)端P-N結(jié)和其自身封裝的溫度。 它具有雙報(bào)警輸出:ALERT和OVERT。ALERT用于指示各 傳感器的高/低溫狀態(tài),OVERT信號(hào)等價(jià)于一個(gè)自動(dòng)調(diào)溫器,在遠(yuǎn)端溫度傳感器超上限時(shí)觸發(fā),MAX1619與MAX1617A完全軟件兼容,非常適合于系統(tǒng)關(guān)斷或風(fēng)扇控制,甚至在系統(tǒng)“死鎖”后仍能正常工作。美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的DS1615是有記錄功能的溫度傳感器。器件中包含實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)字式溫度傳感器、非易失性存儲(chǔ)器、控制邏輯電路以及串行接口電路。數(shù)字溫度傳感器的測量范圍為-40℃~+85℃,精度為±2℃,讀取9位時(shí)的分辨率是0.03125℃。時(shí)鐘提供的時(shí)間從秒至年月,并對(duì)到2100年以前的閏年作了修正。電源電壓為2.2V~5.5V,8腳SOIC封裝。DS17775是數(shù)字式溫度計(jì)及恒溫控制器集成電路。其中包含數(shù)字溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字寄存器、恒溫控制比較器以及兩線串行接口電路。供電電壓在3V至5V時(shí)的測量溫度精度為±2℃,讀取9位時(shí)的分辨率是0.5℃,讀取13位時(shí)的分辨率是0.03125℃。

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