確定溫度是工程師需要設計的最常見的事情之一。也許我們沒有做我們應該做的那么多。在嵌入式設計中，我們（幾乎總是）有一個可以輕松收集溫度數據的微控制器。那么，為什么不測量同一個 MCU 的溫度來幫助提高設計的可靠性呢？如果您有一個電源轉換器，那么了解該溫度會很有用——控制器 IC 或開關電感器，或兩者兼而有之。如果您的設計有電機和軸承等機械鉆頭，我們可以通過監測溫度在故障發生之前發現它。這也可以為您的設計提供額外的安全性。

當然，有時工程師需要精確測量溫度作為過程控制系統的一部分，有時他或她需要在擴展范圍內進行測量。我們也會考慮這些情況。

實際應用的溫度傳感器基本上有四種類型：硅、熱電偶、熱敏電阻和 RTD。因為它們通常非常可靠，工程師可以依靠溫度傳感器來監視他們的產品——使它們成為模擬的英雄。

熱電偶傳感器覆蓋范圍廣泛

熱電偶有多種類型，其中 J、K 和 T 型最受歡迎。每種類型都有不同的兩種金屬配對。它們提供非常廣泛的溫度范圍——低至 -600°C 至高達 2300°C。標準精度約為±2°C，但有些甚至達到±0.5°C。它們并不便宜。價格差異很大，但帶有保護管的 ?” 直徑探頭的起價可低至 8 至 9 美元。它們可能是最不穩定和可重復的傳感器類型，并且可能會受到電噪聲的困擾。

好消息是 IC 可用于 A/D 轉換和線性化所有類型熱電偶的輸出。Maxim 的MAX31855就是這種器件的一個例子，它可用于七種不同的 TC 類型，并集成了冷端補償。轉換器將溫度解析為 0.25°C。它使用 K 型熱電偶在 -200°C 至 +700°C 的溫度范圍內提供 ±2°C 的精度，并具有減少熱電偶線引入的噪聲誤差的電路。數據輸出為帶符號的 14 位、SPI 兼容、只讀。該 IC 采用 8 引腳 SO 封裝，工作溫度范圍為 -40° 至 125°C。電源電流為 900μA，典型值。

硅傳感器：易于使用且準確

由于我不明白的原因，有成千上萬個可用的硅傳感器。許多制造商中的每一個都有數百個。您可以在 100 片中以低至 0.20 美元的價格購買一個。但是，您可能想花更多的錢來購買更準確、更通用的設備。

我選擇 Maxim DS18B20U作為示例，它是一款出色的全能器件，在 -10°C 至 85°C 范圍內具有 ±0.5°C 的精度，并且1-Wire? 數字接口。芯片可以直接從數據線獲取電力（“寄生電力”）。它涵蓋了一個完整的 -55°C 至 125°C 范圍，并在 3.0V 至 5.0V 數據線范圍內工作。待機電流為 1μA。

圖 1：DS18B20U 框圖

每個 DS18B20U 都有一個唯一的 64 位串行代碼，允許多個器件在同一 1-Wire 總線上運行。該芯片是可編程的，這很重要。首先，分辨率從 9 位到 12 位可選，轉換時間從 94 毫秒到 750 毫秒不等。其次，報警功能具有非易失性用戶可編程上下觸發點。該 IC 采用 8 引腳 SO （150 mils）、8 引腳 μSOP 和 3 引腳 TO-92 封裝。有幾個參考原理圖可用。

Maxim還為溫度計應用提供精度為±0.1°C（最大值）的MAX30205臨床級人體溫度傳感器。

熱敏電阻：低成本和快速響應時間

熱敏電阻具有一些誘人的品質。最常見的熱敏電阻具有負溫度系數 （NTC）。熱敏電阻的電阻與溫度曲線近似為指數，需要線性化，但這可以在微控制器中完成。IC 可用于傳感和 A/D 轉換。

熱敏電阻的特性包括 -55° 至 125°C 的適中溫度范圍（盡管有些能夠承受更高的溫度）、中低成本（取決于精度）和快速響應時間。熱敏電阻采用探頭、標準 0402 和其他 SMT 封裝，以及帶裸引線的磁珠。您可以獲得在其范圍內具有 1% 容差的熱敏電阻，電阻值從 1Ω 到 1GΩ。數量為 10，000 件時，價格低至每件 2 美分（數量 1 為 0.10 美元）。不過要小心，因為一些高性能單元每個要 100 美元。需要注意不要通過測量加熱小珠，但可用的 IC 可以解決這個問題。

MAX6682熱敏電阻數字轉換器就是一個很好的例子。它根據熱敏電阻電阻產生一個 10 位 +sign 輸出代碼。它不對傳遞函數進行線性化，但在有限范圍內使用合適的外部固定電阻器可以提供相當準確的可重復測量，無需線性化。該 IC 具有 3 線 SPI 兼容輸出接口。該芯片降低了平均熱敏電阻電流，最大限度地減少了自熱。在轉換之間，電源電流降至 21μA（典型值）。它使用 25°C 時標稱電阻為 10kΩ 的熱敏電阻，采用 8 引腳 μMAX 封裝，額定溫度范圍為 -55° 至 125°C。另外還有MAX6691四通道熱敏電阻溫度-脈寬轉換器。

RTD 傳感器在大溫度范圍內工作

RTD 比其他傳感器稍大一些，大約為 0.25 平方英寸，但它們可以在 -200° 至 850°C 的大范圍內工作。最精確的 RTD 使用鉑制成，但成本較低的 RTD 可以用鎳制成。這些不是那么穩定或可重復的。鉑 RTD 提供相當線性的輸出，在 -200 至 600°C 范圍內高度準確（±0.1° 至 ±1°C）。他們的響應時間確實很慢。精度為 ±1.5 度的鎳設備的起價約為 1.50 美元/100 美元。精度為 ±0.3°C 的鉑金單元每 1，000 件的成本約為 1.70 美元。

圖 2：MAX31865 RTD 數字轉換器框圖

MAX31865 RTD-數字轉換器芯片易于使用，具有15位delta-sigma A/D轉換器。由于 RTD 的非線性，該 IC 產生 0.031°C 的輸出變化，并且在最大 0.5°C（滿量程的 0.05%）的總體工作條件下的總精度。它提供 21ms（最大值）的轉換時間和 ±45V 輸入保護，并與 2 線、3 線和 4 線傳感器連接兼容。該 IC 使用 SPI 兼容輸出，采用 20 引腳 TQFN 和 SSOP 封裝。

選一個

事實上，所有這四種類型都做得很好并且具有成本效益 - 或者如果你小心的話，至少可以。除了用于極高溫度的熱電偶外，如果我有一個 PC 板安裝應用程序，我會采用 8 引腳 μSOP SMT 封裝的硅傳感器。如果我要做點測量，那將是一個珠狀熱敏電阻（小心那些精致的引線）。正是轉換 IC 使設計工作變得非常容易。

審核編輯：郭婷