集成温度传感器
集成温度传感器讲解
I/μA
423 298 218
+150℃ +25℃ -55℃
0
4V
30V U/V
AD590伏安特性曲线
2．温度特性
其温度特性曲线函数是以Tk为变量的n阶多项式之和， 省略非线性项后则有:
Tc——摄氏温度；I 的单I=K位T·为Tcμ＋A。273.2 可见，当温度为0℃时，输出电流为273.2μA。在常
25℃时借助RC将输出电压调整到5V，则RC的值约在 3~30kΩ间，相应的灵敏度为109~110mV/℃。校准后，在
-10~80℃范围内，基本误差不超过±1℃。这种集成
传感器在静止空气中的时间常
12
10 输 出8
RC=100kΩ RC=10kΩ
数为24s，在流动空气中为11s。 电源电压在5~15V间变化，所
引起的测温误差一般不超过
电 压
6
/V 4
±2℃。整个集成电路的电流 值一般为0.4mA，最大不超过
2
RC=1kΩ
0.8mA（RL=∞时）。
0－20 0 20 40 60 80 温度/ºC
AN6701S的输入特性
（二）电流型温度传感器 1．伏安特性
工作电压：4V～30V，I 为一恒流值输出，I∝Tk，即
１、 DS1820的特性 单线接口：仅需一根口线与MCU连接； 无需外围元件； 由总线提供电源； 测温范围为-55℃～125℃，精度为0.5℃； 九位温度读数； A/D变换时间为200ms； 用户可以任意设置温度上、下限报DS1820引脚及功能
一、IC温度传感器的分类
电压型IC温度传感器；电流型IC温度传感器， 数字输出型IC温度传感器。
集成温度传感器
集成温度传感器集成温度传感器具有体积小、线性好、反应灵敏等优点，所以应用十分广泛。
集成温度传感器是把感温元件（常为PN 结）与有关的电子线路集成在很小的硅片上封装而成。
由于PN 结不能耐高温，所以集成温度传感器通常测量150℃以下的温度。
集成温度传感器按输出量不同可分为：电流型、电压型和频率型三大类。
集成温度传感器基本工作原理图1为集成温度传感器原理示意图。
图1 集成温度传感器基本原理图其中V1、V2为差分对管，由恒流源提供的I1、I2分别为V1、V2的集电极电流，则△Ube 为：1—1只要I1/I2为一恒定值，则△Ube 与温度T 为单值线性函数关系。
这就是集成温度传感器的基本工作原理。
)ln(21γII q KTU be=∆电压输出型集成温度传感器图2所示电路为电压输出型温度传感器。
图2电压输出型原理电路图V1、V2为差分对管，调节电阻R1，可使I1=I2，当对管V1、V2的β值大于等于1时，电路输出电压UO 为：由此可得:R1、R2不变则U0与T 成线性关系。
若R1=940Ω，R2=30K Ω，γ=37，则电路输出温度系数为10mV/K 。
电流输出型集成温度传感器 如图3所示:21220R R U R I U be∆==γln 210qKTR R U U be ==∆图3 电流输出型原理电路图对管V1、V2作为恒流源负载，V3、V4作为感温元件，V3、V4发射结面积之比为γ，此时电流源总电流IT 为：当R 、γ为恒定量时,IT 与T 成线性关系。
若R=358Ω，γ=8，则电路输出温度系数为1μA/K 。
集成温度传感器应用举例1.AD590集成温度传感器应用电路γln 2221qRKTR U I I be T =∆==图2-31 简单测温电路集成温度传感器用于热电偶参考端的补偿电路如图2-32所示，AD590应与热电偶参考端处于同一温度下。
图2-32 热电偶参考端补偿电路2.LM334集成温度传感器应用电路LM334是三端电流输出型温度传感器，其输出电流对于环境温度为线性变化。
集成温度传感器
集成温度传感器
1. 电流输出型集成温度传感器AD590
AD590是美国Analog Devices公司生产的电流型集成温 度传感器，其采用TO-52金属圆壳封装结构，其外形、引脚排 列和电路符号如图1-25所示。
集成温度传感器
图1-27 LM35的封装形式
集成温度传感器
（1）使用温度为-55~+150 ℃。
LM35 系列集成温 度传感器的 特性如下：
（2）工作电压为直流4~30 V。 （3）输出阻抗小，1 mA负载时为0.1 Ω。 （4）非线性值仅为±1/4 ℃。
（5）精度为0.5 ℃（在+25 ℃时）。
集成温度传感器
（1）DS18B20的特性。 ①采用单总线专用技术，被测温度用符号扩展的16位数字量串行 输出，无须经过其他变换电路。 ②测温范围为-55~+125 ℃，在-10~+85 ℃，精度为±0.5 ℃。 ③内含64位经过激光修正的ROM。 ④适配各种单片机或系统机。 ⑤用户可分别设定各路温度的上、下限。 ⑥其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
集成温度传感器
2. 电压输出型集成温度传感器LM35
LM35是电压输出型集成温度传感器，它具有很高的工作 精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线 性成比例。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的 线性温度传感器相比更有优越之处。LM35无须外部校准或微 调，可以提供±1/4 ℃的常用室温精度。它从电源吸收的电流 很小且几乎不变，所以芯片自身几乎没有散热的问题。LM35 有多种封装形式，包括密封TO-46、塑料TO-92、贴片SO-8 和TO-220等，如图1-27所示。
温度传感器 集成温度传感器 集成温度传感器
的温度。
课程内容
1 . 集成温度传感器概念 2. 集成温度传感器分类 3. 集成温度传感器特性 4. 集成温度传感器工作原理
2. 集成温度传感器分类
模拟集成温度传感器 集成温度传感器 数字集成温度传感器
电压输出型温度传感器 电流输出型温度传感器
逻辑输出型温度传感器
课程内容
1 . 集成温度传感器概念 2. 集成温度传感器分类 3. 集成温度传感器特性 4. 集成温度传感器工作原理
Байду номын сангаас
4. 集成温1度传感器工作原理
右图为集成温度传感器原理示意图。其中
VT1 、VT2为差分对管，由恒流源提供的电
流I1 、I2分别为VT1 、VT2的集电极电流，
则△Ube可用下式表示：
玻尔兹曼常数
绝对温度
Ube
kT q
ln
I1 I2
电子电荷量 1.6021892×10-19库仑
VT1和VT2发射极 面积之比
组成： 在一块极小的半导体芯片上集成了包括温度敏感器件、信号放大电 路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的各个单元，它使传感器 和集成电路融为一体。
1. 集成温度传感器概念
特点： 其具有体积小、线性好、反应灵敏、价格低、抗干扰能力强等优
点，所以应用十分广泛。 由于PN结不能耐高温，所以集成温度传感器通常测量1 50℃以下
集成温度传感器原理示意图
4. 集成温1度传感器工作原理
只要I1/I2为恒定值，则△Ube与温 度T为单值线性函数关系。这就是集 成温度传感器的基本工作原理。
玻尔兹曼常数
绝对温度
Ube
kT q
ln
I1 I2
电子电荷量 1.6021892×10-19库仑
空调温度的检测-集成温度传感器解读
温度传感器典型应用
采用集成温度传感器的数字式温度计
电动机保护器
2线式铂热电阻测温电路
3线式铂热电阻测温电路
4线式铂热电阻测温电路
3线式铂热电阻测温电路
学习是一种获得，学习是一种快乐， 学习是一种提高
谢谢大家
GND：地； VDD：电源电压 I/O：数据输入／输出脚(单线接口，可作寄生供电)
(a) PR—35封装
(b) SOIC封装
DS1820的管脚排列
４ 温度检测系统原理
由于单线数字温度传感器DS1820具有在一条总线上可同 时挂接多片的显著特点，可同时测量多点的温度，而且 DS1820的连接线可以很长，抗干扰能力强，便于远距离测 量，因而得到了广泛应用。
变频空调有多个感温探头，一个安装在空调器室内 蒸发器进风口上，用于检测室内环境温度；一个安装在 室内蒸发器管道上，直接与盘管接触，用于检测制冷系 统蒸发温度；一个安装在室外散热器上，用于检测室外 环境温度；一个安装在室外散热器盘管上，用于检测室 外管道温度；还有一个安装在室外压缩机上，用于检测 压缩机排气管温度。多个感温探头精确检测到的温度送 入控制器处理后，可精确控制空调的运行。
１、 DS1820的特性 单线接口：仅需一根口线与MCU连接；
无需外围元件；
由总线提供电源；
测温范围为-55℃～125℃，精度为0.5℃；
九位温度读数；Βιβλιοθήκη A/D变换时间为200ms；
用户可以任意设置温度上、下限报警值，且能够 识别具体报警传感器。
2、 DS1820引脚及功能
在电脑中,集成温度传感器 用于CPU散热保护电路
13
AD590实际应用电路
2、电压型集成温度传感器
集成温度传感器测温原理
集成温度传感器测温原理
随着科技的发展，温度传感器逐渐成为人们生活中不可缺少的测量工具，其应用范围不断扩大，尤其是在工业控制、农业、医疗等领域得到广泛应用。
其中，集成温度传感器是一种成本低廉、可靠性高、精度高并且易于集成的温度传感器。
集成温度传感器的测温原理是根据热电效应、PN结温度特性和基于阻性、电容性和电阻温度系数等响应温度的特性实现温度的测量。
一般情况下，集成温度传感器主要采用PN结温度特性或者热敏电阻方式实现温度的测量。
对于PN结温度特性的温度传感器，在不同的温度下，PN结两端的电压会随温度变化而变化。
由于这种温度传感器采用的电路非常简单，使得它由于响应快速、即插即用以及价格低廉的特点广泛应用于各个领域。
除了以上两种方式外，集成温度传感器还可以采用热导率方式实现温度的测量。
热导率是介质对热量传递的能力，其值是介质本身的属性。
当热敏体与介质接触时，根据热传递学的原理，介质内部的温度分布也就被测量出来。
这种温度传感器的特点是相对较为稳定和精确，还可采用多级测量或旁路发射方式提高精度。
智能化集成温度传感器原理与应用
智能化集成温度传感器原理与应用
智能化集成温度传感器是一种能够实时测量温度并将数据传输
到其他设备或系统的传感器。
它基于温度传感技术，通过特定的原
理和应用实现温度的检测与监控。
原理方面，智能化集成温度传感器通常采用热敏电阻、热电偶
或半导体温度传感器等技术。
其中，热敏电阻是最常见的一种，它
的电阻值随温度变化而变化。
热电偶则是由两种不同金属材料组成
的电偶，通过温差引起的电动势来测量温度。
半导体温度传感器则
利用半导体材料的电阻与温度之间的关系来测量温度。
应用方面，智能化集成温度传感器广泛应用于各个领域。
在工
业领域，它可以用于监测和控制生产过程中的温度，例如在化工、
冶金、电力等行业中的炉温监测、冷却系统控制等。
在家居领域，
智能化集成温度传感器可以用于室内温度的监测和调节，例如智能
恒温器、智能空调等。
此外，它还可以应用于医疗设备、环境监测、农业温室等领域。
总之，智能化集成温度传感器通过特定的原理和应用实现温度
的检测与监控，广泛应用于工业、家居以及其他领域，为各个行业提供温度数据支持和温控功能。
集成温度传感器
集成温度传感器概述温度传感器是一种广泛应用于各个领域的传感器，可以测量环境中的温度，并将其转化为与温度成比例的电信号。
集成温度传感器是一种特殊的温度传感器，它集成了传感器和相关电路在一个芯片中，具有体积小、功耗低、响应速度快等优势，被广泛应用于物联网、医疗设备、家电等领域。
工作原理集成温度传感器的工作原理主要基于温度对电阻的影响。
常见的集成温度传感器主要有PT100、PT1000、NTC等类型，它们的工作原理略有不同。
PT100/PT1000PT100/PT1000型温度传感器是基于铂电阻温度系数的一种温度传感器。
铂电阻的电阻值受温度的影响较小且稳定性好，因此被广泛用于温度测量。
PT100代表了电阻在0℃时的值为100欧姆，PT1000代表了电阻在0℃时的值为1000欧姆。
这种类型的传感器通过测量电阻值的变化来计算温度。
NTCNTC（Negative Temperature Coefficient）热敏电阻的电阻值随温度的升高而降低。
随着温度的升高，电阻值的变化比较大，因此可以准确测量温度。
NTC的温度传感器常被用于低温和中温的应用中。
优势和应用相比传统的离散式温度传感器，集成温度传感器具有如下优势：1.体积小：集成温度传感器将传感器和相关电路集成在一个小芯片中，因此体积较小，方便安装和布局。
2.功耗低：由于集成了相关电路，在工作时功耗相对较低，适用于电池供电等场景。
3.响应速度快：集成温度传感器响应速度快，可以快速获得温度的变化。
4.精度高：由于被集成在芯片中，传感器和电路之间的匹配更加精确，可以提供更高的测量精度。
集成温度传感器在以下领域得到广泛应用：•物联网：集成温度传感器可以与其他设备进行数据交互，实现智能家居、智能工厂等场景的温度监测和控制。
•医疗设备：温度是医疗设备中重要的监测参数，集成温度传感器可以用于体温计、温控设备等医疗设备中。
•家电：集成温度传感器可以用于电热水壶、空调等家电产品中，实现自动控制和温度调节。
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集成传感器应用
温度传感器典型应用 热电偶炉温控制系统
集成传感器应用
温度传感器典型应用 电动机保护器
集成传感器应用
3线式铂热电阻测温电路
集成传感器应用
配热电阻的温度变送器
集成传感器应用
电冰箱温度超标指示器电路
电冰箱温度超标指示器电路
系统误差不确定度的分析与评定
集成温度传感器系统误差是由组成系统的各 部分引入的,主要包括：
>1 被检温度传感器测量重复性的标准不确定度 u1 分量 标准不确定度u1 是被检传感器输出的电阻值的不重复性 引起的；温场的不均匀性的标准不确定度u2 分量 ；电 测设备引入的标准不确定度u3；标准器本身引入的标准 不确定度分量u4； >2电测设备引入的误差; >3标准器引入的误差； >4检测过程中温场的不均匀性引入的误差等.
温度传感器
集成温度传感器 集成温度传感器测温原理
传感器原理
VT2的发射极设计成条形，VT1用同样条 形并联，可严格控制结的面积，两管面积比 变为简单的条数比，电路输出总电流为：
I0 2 VBE R 2 KT qR ln n
I C1 I C 2 I 0 I C1 I C 2 2 I C 2 VBE RI C 2
集成温度传感器
学号 姓名
集成温度传感器
集成温度传感器 所谓集成传感器：
就是在一块极小的半导体芯片上集成了包括温度敏感器 件、信号放大电路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的 各个单元，它使传感器和集成电路融为一体。 集成温度传感器按信号输出形式分为：电流型 、 电压型
优点： 集成温度传感器与传统的热电阻、热电偶 温度计相比最大的优点是：线性度好 、灵敏 度高 、输出信号大，且规范化标准化
集成温度传感器
热电偶 热电效应
两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一起 构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0）有温 差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象 称为热电效应。 利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测 出另一端结点的温度。
温度传感器
集成温度传感器 集成温度传感器测温原理
值 0
80º C
TC标准值
100º C
测量误差曲线
N2
N1 V 标准电压
V 输入
N1为固定值，V标是反向积分时所加的标准电压,实际 上N1/V标为一常数，故该公式为N2-V输入 间的线性关 系式。如果由AD590的非线性产生的V 输入 值偏高， 要使N2保持不变，只要减小V标的值，即可使曲线得 到提升；反之，增加V标值，曲线就下降。 在实际电路中，是改变双积分转换器的参考电 压UREF 的值来使测温读数值得到修正的。这种办法 补偿了AD590的非线性误差，提高了测量精度。
绝对温度比例电路由V1、V2两 只互相匹配、性能完全相同的温 敏晶体管构成； 集电极电流分别为I1、I2是由 恒流源（晶体管）提供； 电阻R上的电压Δ Vbe是两个晶 体管发射极和基极之间电压差。
R 集成温度传感器 （PTAT）基本电路原理图
温度传感器
集成温度传感器 集成温度传感器测温原理
测温曲线的非线性误差校正.
在实际测温曲线中,若没有通过校正,曲线如图，0℃～ 100℃温域曲线是上升的，原因是AD590本身的非线性 所致，在–55℃～＋100℃时ΔT是递增的；在100℃～ +150℃的ΔT是递降的，即ΔU0/ΔT=F(≤1)。式中的F为测 温电路的标定因子。 要使整个测温曲线有良好线性关系，就要使F=1，采取 的办法是利用双积分A/D转换 线性特性，对曲线分段校正， T 线性双积分A/D转换的基本公 测 式为： 量
传感器原理
目前集成温度传感器多采用差分对管作为敏感元件， 利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管对的， 基极—发射极之间电压VBE的差与温度呈线性关系。
PN结伏安特性方程：Is
I Is e
u / uT
1
—— 反向饱和电流； U —— 外加电压； UT =KT/q — 温度电压当量 t =300k(室温）, UT ≈26mv
u / uT
PN结加正向电压时
u uT , e
? 1, I I s e
u / uT
PN结加反向电压时
u uT , e
u / uT
= 1, I I s
温度传感器
集成温度传感器 集成温度传感器测温原理
传感器原理
（PTAT）绝对温度比例电路 Proportiond to absolute temperature
PN结加正向电压，I I s e
u / uT
，温度电压当量u T =KT/q
温度传感器
集成温度传感器 集成温度传感器测温原理
由方程式可见：
VBE VBE1 VBE 2 K 0T q ln
传感器原理
I C1 IC 2
I C1 / I C 2 J C 1 / J C 2 因为集电极电流比等于集电极电流密度比， 那么只要保证两只晶体管的集电极电流密度比不变， VBE 电阻R上的电压就可以正比于热力学温度T。 电路的核心是使两只管子的集电极电流密度之比 不随温度变化，实际制作时，特意将T1、T2发射结 面积作的不相等，面积比为γ，电阻R上的电压差 VBE 取决与发射结面积比γ。
VBE K 0T q
VT2面积
ln( n)
VT1面积
电路输出总电流与温度系数有关，与电流无关 面积比n大小决定灵敏度大小。
集成温度传感器
热电偶 热电效应
(1)两种导体的接触电势
不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一起 时，在结点处会产生电子扩散，浓度大的向浓度小的 金属扩散。 浓度高的失去电子显正电，浓度低电势。
晶体管伏安方程式：
VBE VBE1 VBE 2 K 0T q ln
传感器原理
I C1 IC 2
式中：K —— 波尔滋蔓常数； T —— 绝对温度; q —— 电子电荷量； —— V1、V2发射极面积比。
•
VBE 正比于绝对温度 T，只要保证 I / I 恒定， 1 2 就可以使 VBE 与 温度 T 为单值函数。
不同金属自由电子密度不同
误差分析
• （1）仪器误差 这是由于仪器本身的缺陷或 老化所产生的误差。 • （2）安装误差由于测量仪器安装和使用不 正确而产生的误差 • （3）操作误差 这是由于观测者个人感官和 运动器官的反应或习惯不同而产生的误差。 • （4）随机误差由于在测定过程中一系列有 关因素微小的随机波动而形成的具有相互 抵偿性的误差