智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢

現代信息技術(shù)的三個(gè)基礎是信息采集即傳感器技術(shù)、信息傳輸通信技術(shù)和信息處理計算機技術(shù)。 傳感器是信息技術(shù)的先進(jìn)產(chǎn)品，特別是溫度傳感器廣泛應用于工業(yè)農業(yè)生產(chǎn)、科研、生活等領(lǐng)域，居多傳感器之首。 近百年來(lái)，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了大致以下三個(gè)階段: 1傳統的分立式溫度傳感器包括傳感器在內的雙模擬綜合溫度傳感器/控制器3智能溫度傳感器。 目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò )化的方向發(fā)展。 1集成溫度傳感器的產(chǎn)品分類(lèi)1.1模擬集成溫度傳感器集成傳感器采用硅半導體集成工藝制作而成，因此也稱(chēng)為硅傳感器或單片集成溫度傳感器。 模擬集成溫度傳感器產(chǎn)生于1980年代，是能夠將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，完成溫度測量和模擬信號輸出功能的專(zhuān)用集成電路。 模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能僅僅測量溫度，測溫誤差小，價(jià)格低，響應速度快，傳輸距離遠，體積小，微功耗等，適合遠距離測溫、溫度控制，無(wú)需進(jìn)行非線(xiàn)性校準，外圍電路簡(jiǎn)單。 這是目前國內外普及zui的集成傳感器，典型的產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 1.2模擬集成溫度控制器模擬集成溫度控制器主要包括溫控開(kāi)關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。 擴展的集成溫度控制器(如TC652/653 )還包括A/D轉換器和硬化程序。 這類(lèi)似于智能溫度傳感器。 然而，兩者的主要區別在于它本身是一個(gè)系統，在工作時(shí)不受微處理器的控制。 1.3數字溫度傳感器在1990年代中期登場(chǎng)。 是微電子、計算機技術(shù)、自動(dòng)測試技術(shù)ATE的結晶。 目前，國際上開(kāi)發(fā)了許多系列產(chǎn)品。 內部包括溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器或寄存器和接口電路。 某些產(chǎn)品還包括多路復用器、中央控制器cpu、隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。 該特征能夠通過(guò)輸出與溫度數據相關(guān)聯(lián)的溫度控制量，能夠適用于各種微控制器MCU，另外，基于硬件在軟件中實(shí)現測試功能，其智能程度也依賴(lài)于軟件的開(kāi)發(fā)水平。 2發(fā)展的新趨勢進(jìn)入21世紀以來(lái)，向著(zhù)高精度、多功能、總線(xiàn)標準化、高可靠性和安全性、虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò )傳感器的開(kāi)發(fā)、單板測溫系統的開(kāi)發(fā)等高科技方向迅速發(fā)展。 2.1測溫精度和分辨率的提高是zui早在1990年代中期發(fā)表的，采用8位A/D轉換器，測溫精度低，分辨率只達到1°C。 目前，國外相繼出現高精度、高分辨率的產(chǎn)品，使用的是9~12位的A/D轉換器，分辨率一般達到0.5~0.0625°C。 美國DALLAS半導體公司新開(kāi)發(fā)的DS1624型高分辨率，可輸出13位二進(jìn)制數據，分辨率高達0.03125°C，測溫精度高達±； 0.2°C。 為了提高多通道的轉換速率，有的芯片采用了高速逐次近似式A/D轉換器。 以AD7817型5信道為例，向本地傳感器、遠程傳感器的轉換時(shí)間分別僅為27us、9us。 2.2添加測試功能的新測試功能也在加強。 例如，DS1629型單線(xiàn)追加了實(shí)時(shí)日歷表( RTC )，進(jìn)一步增強了功能。 DS1624還添加了存儲功能，可以利用芯片內部的256字節E2PROM內存來(lái)存儲用戶(hù)的簡(jiǎn)短信息。 同時(shí)，從單通道向多通道的方向發(fā)展為多溫度測量系統的開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)創(chuàng )造了良好的條件。 br>； 全部可選擇多種動(dòng)作模式。 主要有單轉移模式、連續轉移模式、待機模式，增加低溫極限擴展模式，操作非常簡(jiǎn)單。 在一些情況下，除主機之外的微處理器和單片機可以將A/D轉換速率的典型產(chǎn)品設置為MAX6654，并且將分辨率和zui轉換時(shí)間的典型產(chǎn)品設置為DS1624。 能量溫度控制器是在基礎上發(fā)展的。 典型的產(chǎn)品包括DS1620、DS1623、TCN75、LM76和MAX6625。 智能溫度控制器適用于各種微控制器，構成智能溫度控制系統，并且也可以遠離微控制器單獨動(dòng)作，自己構成溫度調節器。 2.3總線(xiàn)技術(shù)的標準化和規范化目前總線(xiàn)技術(shù)也實(shí)現了標準化和規范化，采用的總線(xiàn)主要為單線(xiàn)1-Wire總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)、SMBus總線(xiàn)和spI總線(xiàn)。 溫度傳感器作為從站可通過(guò)專(zhuān)用總線(xiàn)接口與主機通信。 2.4設計可靠性和安全性常規A/D轉換器多采用積分或逐級比較轉換技術(shù)，噪聲容限較低，抑制混合噪聲和量化噪聲的能力較差。 新的方案可以采用例如TMP03/04、LM74、LM83等一般具有高性能的σ-δa/d轉換器，以高采樣率和低采樣分辨率將模擬信號轉換成數字信號，并且可以利用過(guò)采樣、噪聲成形和數字濾波技術(shù)來(lái)提高有效的分辨率 由于σδa/d轉換器采用數字反饋系統，其不僅可以去除量化噪聲，而且要求外圍元件的精度低，因此比較器的失調電壓和零偏移不影響溫度的轉換精度。 這樣，兼具抑制交叉模式干擾的能力強、分辨率高、線(xiàn)性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 在A(yíng)D7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等內部設置可編程的“故障隊列fAultqueue”計數器，設定被測溫度值超過(guò)上下限的次數，以免溫度調節系統受噪聲影響時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。 僅在被測量溫度連續超過(guò)上限或低于下限的次數超過(guò)設定次數nn=1~4時(shí)觸發(fā)中斷端。 故障次數不滿(mǎn)足上述條件或連續不發(fā)生故障時(shí)，故障計數器復位，中斷側不啟動(dòng)。 這意味著(zhù)，假設n=3，即使偶然受到一次或兩次噪聲干擾，也不會(huì )影響溫控系統的正常工作。 LM76型適合追加溫度窗比較器，設計滿(mǎn)足acpiadvancedconfigurationandpowerinterface即“高級配置和電源接口”規格的調溫系統。 該系統具有完整的過(guò)熱保護功能，可用于監控筆記本電腦和服務(wù)器的CPU和主電路的溫度。 微處理器zui的高工作溫度通常規定為tH，臺式計算機為75°C，筆記本電腦的專(zhuān)用CPU為100°C。 CPU和主回路的溫度超過(guò)設定的上下限時(shí)，INT側會(huì )立即使主機發(fā)生中斷，從電源控制器發(fā)出信號，保護主電源迅速關(guān)閉。 另外，當溫度超過(guò)CPU的界限溫度時(shí)，嚴重的過(guò)溫警報輸出端T_CRIT_A也可以直接關(guān)閉主電源，另外，該端也可以獨立的硬件關(guān)閉電路關(guān)閉主電源，使主電源控制不起作用。 上述三重安全保護措施已成為國際設計溫控系統的新觀(guān)念。 為了防止人體的靜電放電ESD導致芯片破損。 也追加了ESD保護電路，一般能承受1000~4000V的靜電放電電壓。 通常，人體相當于串聯(lián)連接100PF電容器和1.2K歐姆電阻的電路模型，在人體放電時(shí)，TCN75型串行接口端子、中斷/比較器信號輸出端子和地址輸入端子都能夠承受1000V的靜電放電電壓。 LM83型可承受4000V的靜電放電電壓。 zui添加了新開(kāi)發(fā)的傳感器故障檢測功能，可以自動(dòng)檢測外部晶體管的溫度傳感器。 MAX6654還選擇“寄生阻抗抵消”parasitic電阻canllation，在英語(yǔ)中簡(jiǎn)稱(chēng)為prc模式，能夠抵消遠程傳感器的引線(xiàn)阻抗引起的測溫誤差，即使引線(xiàn)阻抗達到100歐姆也不影響測量精度。 遠程傳感器導線(xiàn)可以使用通常的雙絞線(xiàn)或帶屏蔽層的雙絞線(xiàn)。 2.5虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡(luò )溫度傳感器1虛擬傳感器虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計算機平臺的軟件開(kāi)發(fā)的。 利用軟件完成傳感器的標定和校準，實(shí)現zui的性能指標。 zui較近由美國B(niǎo)&K公司開(kāi)發(fā)出了基于軟件設定的TEDS型虛擬傳感器。 其主要特征是，各傳感器帶有*的產(chǎn)品序列號以及帶有軟盤(pán)，從而在軟盤(pán)上存儲有確定該傳感器的數據。 使用時(shí)，傳感器通過(guò)數據采集器與計算機連接，首先從計算機輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號，從軟盤(pán)讀出相關(guān)數據，自動(dòng)完成傳感器的檢驗、傳感器參數的讀取、傳感器的設定和記錄。 2網(wǎng)絡(luò )溫度傳感器網(wǎng)絡(luò )溫度傳感器是下一代智能傳感器，包括數字傳感器、網(wǎng)絡(luò )接口和處理單元。 數字傳感器首先將被測定溫度轉換為數字量，向微控制器傳送數據處理。 zui隨后將測量結果傳送到網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現各傳感器之間、傳感器與驅動(dòng)器之間、傳感器與系統之間的數據交換和資源共享，無(wú)需在傳感器交換時(shí)進(jìn)行標定和校準，“即插即用插件&； 選擇“播放”將使用戶(hù)非常方便。 2.6枚測溫系統枚系統是21世紀的高新技術(shù)產(chǎn)品。 在芯片上集成系統和子系統，其集成度達到108~109個(gè)元件/芯片，給IC產(chǎn)業(yè)和IC應用帶來(lái)劃時(shí)代的進(jìn)步。 半導體工業(yè)協(xié)會(huì )SIA對單片機系統整合的預測如表1所示。 目前，國際上一些IC廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)單片測溫系統，相信不久的將來(lái)會(huì )上市。 表1單片系統集成電路發(fā)展預測年度2001年2007年2010zui小線(xiàn)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07為晶體管數量/芯片1.3x108.5x1085x108成本/晶體管/毫米0.20.050.02芯片尺寸

江蘇蘇科儀表有限公司

2008年至2006年13月

本文熱電偶高頻詞： 傳感器  測溫 

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