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    溫度智能傳感器的展開趨勢

    2017-04-26

    現代信息技術的三大基礎是信息搜集(即傳感器技術)、信息傳輸(通訊技術)和信息處理(計算機技術)。傳感器歸于信息技術的前沿尖端產品,尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農業生產、科學研究和日子等范疇,數量高居各種傳感器之首。近百年來,溫度傳感器的展開大致履歷了以下三個時期;(1)傳統的分立式溫度傳感器(含靈敏元件);(2)仿照集成溫度傳感器/控制器;(3)智能溫度傳感器。如今,國際上新式溫度傳感器正從仿照式向數字式、由集成化向智能化、網絡化的方向展開。

    1集成溫度傳感器的產品分類

    1.1仿照集成溫度傳感器

    集成傳感器是選用硅半導體集成技術而制成的,因而亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。仿照集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的,它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可結束溫度測量及仿照信號輸出功用的專用IC。仿照集成溫度傳感器的首要特點是功用單一(僅測量溫度)、測溫差錯小、報價低、照應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等,適宜遠距離測溫、控溫,不需要進行非線性校準,外圍電路簡單。它是如今在國內外運用最為廣泛的一種集成傳感器,典型產品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

    1.2仿照集成溫度控制器

    仿照集成溫度控制器首要包含溫控開關、可編程溫度控制器,典型產品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D改換器以及固化好的程序,這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統,工作時并不受微處理器的控制,這是二者的首要區別。

    1.3智能溫度傳感器

    智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動檢驗技術(ATE)的結晶。如今,國際上已開宣告多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D改換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、基地控制器(cpu)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及有關的溫度控制量,適配各種微控制器(MCU);并且它是在硬件的基礎上通過軟件來結束檢驗功用的,其智能化程度也取決于軟件的開發水平。

    2智能溫度傳感器展開的新趨勢

    進入21世紀后,智能溫度傳感器正朝著高精度、多功用、總線規范化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速展開。

    2.1前進測溫精度和分辨力

    在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度傳感器,選用的是8位A/D改換器,其測溫精度較低,分辨力只能抵達1°C。如今,國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器,所用的是9~12位A/D改換器,分辨力通??蛇_0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器,能輸出13位二進制數據,其分辨力高達0.03125°C,測溫精度為±0.2°C。為了前進多通道智能溫度傳感器的改換速率,也有的芯片選用高速逐次迫臨式A/D改換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例,它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的改換時間分別僅為27us、9us。

    2.2添加檢驗功用

    新式智能溫度傳感器的檢驗功用也在不斷增強。例如,DS1629型單線智能溫度傳感器添加了實時日歷時鐘(RTC),使其功用更加完善。DS1624還添加了存儲功用,運用芯片內部256字節的E2PROM存儲器,可存儲用戶的短信息。其他,智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向展開,這就為研制和開發多路溫度測控系統發明晰良好條件。

    智能溫度傳感器都具有多種工作方式可供選擇,首要包含單次改換方式、連續改換方式、待機方式,有的還添加了低溫極限拓展方式,操作非常簡練。對某些智能溫度傳感器而言,主機(外部微處理器或單片機)還可通過相應的寄存器來設定其A/D改換速率(典型產品為MAX6654),分辨力及最大改換時間(典型產品為DS1624)。

    能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎上展開而成的。典型產品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度控制器適配各種微控制器,構成智能化溫控系統;它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構成一個溫控儀。

    2.3總線技術的規范化與規范化

    如今,智能溫度傳感器的總線技術也結束了規范化、規范化,所選用的總線首要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通訊。

    2.4可靠性及安全性計劃

    傳統的A/D改換器大多選用積分式或逐次比照式改換技術,其噪聲容限低,克制混疊噪聲及量化噪聲的才華比照差。新式智能溫度傳感器(例如TMP03/04、LM74、LM83)廣泛選用了高性能的Σ-Δ式A/D改換器,它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將仿照信號改換成數字信號,再運用過采樣、噪聲整形和數字濾波技術,來前進有用分辨力。Σ-Δ式A/D改換器不僅能濾除量化噪聲,并且對外圍元件的精度懇求低;因為選用了數字反響辦法,因而比照器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的改換精度。這種智能溫度傳感器兼有克制串模煩擾才華強、分辨力高、線性度好、本錢低等利益。

    為了避免在溫控系統遭到噪聲煩擾時發作誤動作,在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等智能溫度傳感器的內部,都設置了一個可編程的“缺點排隊(fAultqueue)”計數器,專用于設定容許被測溫度值逾越上、下限的次數。僅當被測溫度連續逾越上限或低于下限的次數抵達或逾越所設定的次數n(n=1~4)時,才華觸發間斷端。若缺點次數不滿足上述條件或缺點不是連續發作的,缺點計數器就復位而不會觸發間斷端。這意味著假定n=3時,那么偶然遭到一次或兩次噪聲煩擾,都不會影響溫控系統的正常工作。

    LM76型智能溫度傳感器添加了溫度窗口比照器,非常適宜計劃一個符合ACPI(AdvAncedConfigurAtionAndPowerInterfAce,即“搶先裝備與電源接口”)規范的溫控系統。這種系統具有完善的過熱保護功用,可用來監控筆記本電腦和服務器中CPU及主電路的溫度。微處理器最高可承受的工作溫度規定為tH,臺式計算機通常為75°C,高檔筆記本電腦的專用CPU可達100°C。一旦CPU或主電路的溫度超出所設定的上、下限時,INT端立即使主機發作間斷,再通過電源控制器宣告信號,迅速將主電源關斷起到保護作用。此外,當溫度逾越CPU的極限溫度時,嚴重超溫報警輸出端(T_CRIT_A)也能直接關斷主電源,并且該端還可通過獨立的硬件關斷電路來堵截主電源,以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護辦法已成為國際上計劃溫控系統的新觀念。

    為避免因人體靜電放電(ESD)而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還添加了ESD保護電路,通??沙惺?000~4000V的靜電放電電壓。通常是將人體等效于由100PF電容和1.2K歐姆電阻串聯而成的電路模型,當人體放電時,TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、間斷/比照器信號輸出端和地址輸入端均可承受1000V的靜電放電電壓。LM83型智能溫度傳感器則可承受4000V的靜電放電電壓。

    最新開發的智能溫度傳感器(例如MAX6654、LM83)還添加了傳感器缺點檢查功用,能自動檢查外部晶體管溫度傳感器(亦稱遠程傳感器)的開路或短路缺點。MAX6654還具有選擇“寄生阻抗抵消”(PArAsiticResistAnceCAncellAtion,英文縮寫為prc)方式,能抵消遠程傳感器引線阻抗所導致的測溫差錯,即使引線阻抗抵達100歐姆,也不會影響測量精度。遠程傳感器引線可選用通常雙絞線或許帶屏蔽層的雙絞線。

    2.5虛擬溫度傳感器和網絡溫度傳感器

    (1)虛擬傳感器

    虛擬傳感器是依據傳感器硬件和計算機途徑、并通過軟件開發而成的。運用軟件可結束傳感器的標定及校準,以結束最好性能指標。近來,美國B&K公司已開宣告一種依據軟件設置的TEDS型虛擬傳感器,其首要特點是每只傳感器都有僅有的產品序列號并且趁便一張軟盤,軟盤上存儲著對該傳感器進行標定的有關數據。運用時,傳感器通過數據搜集器接至計算機,首要從計算機輸入該傳感器的產品序列號,再從軟盤上讀出有關數據,然后自動結束對傳感器的檢查、傳感器參數的讀取、傳感器設置和記載工作。

    (2)網絡溫度傳感器

    網絡溫度傳感器是包含數字傳感器、網絡接口和處理單元的新一代智能傳感器。數字傳感器首要將被測溫度改換成數字量,再送給微控制器作數據處理。最終將測量效果傳輸給網絡,以便結束各傳感器之間、傳感器與執行器之間、傳感器與系統之間的數據交換及資源共享,在更換傳感器時無須進行標定和校準,可做到“即插即用(Plug&PlAy)”,這么就極大當地便了用戶。

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