DS18B20的温度系统课程设计
来源: 嵌入式技术网应用论文
摘要：本文设计一个具有基于DS1820数字温度传感器的温度检测及显示的系统。
关键词：DS1820数字温度传感器温度检测
? 实验目的
?了解 DS1820数字温度传感器特性
?掌握单片机基本功能的运用、简单接口电路如键盘、 LED显示电路或LCD显示电路设计及其相应驱动软件的编制软、硬件系统的调试
? 实验任务
设计一个具有基于DS1820数字温度传感器的温度检测及显示的系统。要求系统具有以下功能：
? 两路温度检测；
? 具有显示功能；
? 具有用户输入功能；
? 可通过输入补偿温度设定校准；
? 实验原理
原理简述：数字温度传感器DS1820把温度信息转换为数字格式；通过“1－线协议”，单片机获取指定传感器的数字温度信息，并显示到显示设备上。通过键盘，单片机可根据程序指令实现更灵活的功能，如单点检测、轮转检测、越限检测等。基于DS1820数字温度传感器的温度检测及显示的系统原理图如图1
图 1 基于DS1820的温度检测系统框图 ? 硬件设计 电路设计－－单片机基本系统电路：
图 2 单片机基本系统电路原理图
电路说明：
综合考虑系统使用到的单片机内部存储资源、系统处理信号的种类、处理数据的速度、系统的 I/O口开销，以及系统的可扩展性能，本系统选用了ATMEL公司的8位低功耗，高性能CMOS单片机，芯片内集成有通用8位中央处理器（兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构）和4K/8K Bytes ISP Flash存储单元（可实现在系统编程）。复位电路采用上电复位加按键复位的方式。采用无源晶体提供正弦振荡信号为系统提供时钟，其硬件原理图如图 2所示。
温度检测电路：
由于采用数字传感器，电路不用考虑A/D转换，只需设计指定某个I/O口作为与数字传感器相连，电路原理图如图示。“1－线协议”
图 3 温度检测电路原理图
电路说明：
DS18B20的数字温度输出通过 “ 一线 ” 总线（ 1-Wire是被MAXIM公司收购的DALLAS公司新拥有的一种独特的数字信号总线协议，它将独特的 电源线和信号线复合在一起，仅使用一条口线；每个芯片唯一编码，支持联网寻址、零功耗等待等，是所需硬件连线最少的一种总线）这种独特的方式，使多个 DS18B20方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。
DS18B20可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但由此带来的缺点是完成温度测量的时间较长；而采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。本设计采用一总线2路温度测量使用外部供电，如图3所示。
键盘控制电路：
图 4 键盘控制电路原理图
电路说明：
为了节约系统硬件开销，设计方案中键盘模块没有采用ZLG7289或者ZLG7290等专用的键盘控制芯片。使用普通的行列扫描键盘的优点是没有更多的外围电路，缺点是如果软件调试不当可能引起按键连击，为系统的运行带来不稳定。系统使用键盘电路为四行四列16个按键的行列扫描式键盘，其电路原理图如图4所示。 从图中的硬件连接看来，键盘接口并没有增加任何其他的附加驱动电路，而是直接和单片机的
引脚相连。操作时直接用程序设置单片机相应的端口驱动按键。
显示电路：
图 5 LED显示电路原理图
电路说明：
采用四位共阴极动态LED显示单元。LED动态显示的基本做法在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通相应LED后，即在显示字段上得到显示的字型码。这种方式不但能够提高数码管的发光效率，而且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。
动态扫描显示接口是单片机系统中应用最为广泛的一种显示方式。其接口电路是把所有显示器的 8个笔画段a～dp同名端并联在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O控制的。MPU向字段输出口送出字型码时，所有显示器由于同名端并联连接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是通过MPU对I/O编程控制的，所以就可以自行决定何时那一位显示器被点亮了。这儿所说的动态就是在基于COM端选择，可编程的基础上，采用分时的方法轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。
在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的 (约1ms)，由于人眼的视觉暂留现象及发光二极管的速度足够快，给人的视觉误差就是一组稳定的显示数据，如果做的足够好是不会有闪烁感。 与液晶显示器相比，动态 LED显示单元具有软件编写简单的优点。但是其功耗比LCD显示大，为了达到最佳的显示效果，硬件连接必须考虑段和位驱动的电路的设计；其次LED在显示刷新率，显示稳定性方面也不及LCD显示。
在如图 5的本设计方案中，使用的是四位共阴极LED显示器。典型的硬件设计是使用74HC245提供段a～dp(图中为PB1～PB8)的驱动，74LS139提供位COM1～COM4(图中为LED1～LED4)的驱动。
使用双向总线驱动器 74HC245作为段驱动，由于HC电路输出电阻较大，外部可直接驱动而不需要限
流电阻。位驱动使用2～4译码器，具有四个OC门输出，输出低电平有效，直接用来驱动四位公共阴极COM1～COM4。
返回顶部? 软件设计
1).软件设计工具及调试环境
系统软件采用 C语言开发，与汇编相比，使用C语言开发单片机软件系统，具有程序的可读性、易维护性和可移植性好，对硬件的控制能力强等特点。现代单片机集成大容量的程序存储器一定程度上解决了部分C编译器机器语言生成代码效率低的缺点，解决代码效率问题最重要的还是得靠编译器性能得不断提高。
KeilC51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。 KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，通过查看编译后生成的汇编代码，我们就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C51中使用C语言编程与汇编语言编程相比，具有以下的优势。汇编语言虽然有执行效率高的优点，但其可移植性和可读性差，以及本身就是一种编程效率低下的低级语言，这些都使它的编程和维护极不方便，从而导致整个系统的可靠性也较差。而使用C语言进行单片机应用系统的开发，有着汇编语言不可比拟的优势。
当前较好的C语言编译系统的编译效率已经基本达到中高级程序开发人员的水平，尤其是用于开发较为复杂的单片机应用系统时更具优势。
2).主程序控制流程
在软件的设计过程中，为了进一步提高软件的透明度，作者将系统的一些功能菜单写成子程序的形式供主程序（操作系统）调用。此程序中主要包括系统开始状态等待，系统工作模式选择，多通道工作模式操作，单通道工作模式操作，通过键盘输入 -9.99～+9.99之间的误差数据，通过键盘查询和重置各通道的误差量。
本文中详细给出了操作子程序中部分功能模块的流程图，这样有利于对系统工作的了解。
图6给出了系统开始等待程序的流程图，图7中给出了系统工作模式选择流程图，图8中给出了系统的主函数流程图。
图 6 系统开始等待程序的流程图
图 7 系统工作模式选择流程图
图 8 系统的主函数流程图
3）.温度检测流程
DS18B20子程序是结合它的用户使用资料编写，主要完成的是初始化DS18B20，从DS18B20中读出一个字节的数据，向DS18B20中写入一个字节的数据，配置DS18B20包括警报温度的上限和下限、温度转换的精度，读出Scrachpad存储器中的九个字节的数据，读出Rom中的64位Code值，对读出的Scrachpad数据进行CRC校验，然后根据读出的数据得到测量出的十进制温度值。从DS18B20中读出九个字节数据的流程图如图9所示。
图 9 从DS18B20中读数据的流程图
DS18B20数据的CRC校验。为了解决单总线串行传输数据可能引起的错误，DS18B20内部具有产生CRC 校验码电路，这样程序员可以通过对读出的数据进行CRC校验码，并用这个校验码和获得的数据的最后一个字节比较，若两者相同则证明数据传送没有错误，从而验证通信过程中数据传输的正确性，使采集温度信号的可靠性得到保证。
本系统中 CRC校验在程序中是通过查表来实现。CRC校验数据表保存在程序代码中的一个一维数组中。
CRC检验的求法。M为一个k位长的信息帧。P为n+1位预先确定的用来生成校验码的二进制序列其最高位和最低位必须为1，DS18B20中使用的序列为：P ＝ 1 0011 0001。F为ｎ位FCS，即校验码序列。T
为k＋ｎ位被传输的帧。因为F是接在M信息帧之后的，因此T=M · 2 n (2 n 为2的n次方)中，M · 2 ｎ 相当于M左移ｎ位，后面添ｎ个零。设M · 2 ｎ 除以P的商和余数分别是Q和R，则有M · 2 ｎ =P · Q+R 即M · 2 ｎ /P=Q+R/P若设T=M · 2 ｎ +R，则T定能被整除。因为按模2的加减运算相当于异或运算，
故有T/P=(M · 2 ｎ +R)/P=(M · 2 ｎ )/P+R/P =Q+R/P+R/P=Q这样一来，校验码序列F就是M · 2 ｎ 除以P的余数R。通过计算可以得到 256个用于CRC检验的数据。
4).键盘控制
键盘处理子程序主要完成的是通过特定的设置按键端口的状态，并对端口状态进行检测，然后为按键设置特定的值，为主程序提供执行判决。需考虑多键按下和去抖动的问题。图 10给出了键盘扫描的程序流程图。
图 10 键盘扫描流程图
5).显示控制：
系统硬件选择的是四段共阴极 LED动态显示，LED显示子程序主要是完成对设定的LED段，并通过查七段码表，使它显示制定的图样。图11中描述的是通过选定一段数码管，显示数据的程序流程图。
图 11 LED显示流程图
6）.数据处理
完成数据格式的转换、保存；设置误差值的补偿等数据操作。根据不同的应用要求定制，在此不作强
制定义。
各种温度传感器分类及其原理
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化，在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1.热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体A和B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO,称为自由端(也称参考端或冷端，则回路中就有电流产生，如图2-1(a所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向， 称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势， 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势：热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处a，b 之间便有一电动势差△ V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图 2-1(b所示。并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B 为负极。实验表明，当△ V很小时，△ V与厶T成正比关系。定义△ V对厶T 的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。
温度传感器的历史发展与研究现状 摘要：本文通过查阅各类文献并进行分析总结，简述了温度传感器的意义和作用，介绍了温度传感器的发展历史，列举并分析了常用温度传感器的类型，对比了国外温度传感器设计和研究领域的现状与发展，着重阐述了国外先进的CMOS模拟集成温度传感器的主要原理。最后，文章对温度传感器的未来发展方向做出了说明。 关键词：温度传感器，IC温度传感器，CMOS集成温度传感器 一、背景介绍 1.1绪言 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中，它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。[1]传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。它是实现自动测量和自动控制的首要环节。[2]温度是反映物体冷热状态的物理参数，它与人类生活环境有着密切关系。早在2000多年前，人类就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度。[3]在人类社会中，无论工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。 [4]在工业生产自动化流程中，温度测量点一般要占全部测量点的一半左右。[5]因此，人类离不开温度传感器。传感器技术因而成为许多应用技术的基础环节，成为当今世界发达国家普
遍重视并大力发展的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术共同构成了现代信息产业的三大支柱。[6] 1.2温度传感器的发展历史和主要分类 人们研究温度测量的历史已经相当的久远了。公元1600年，伽利略研制出气体温度计。 [7]一百年后，酒精温度计[8]和水银温度计[9]问世。到了1821年，德国物理学家赛贝发明了热电偶传感器[10]，人类真正的第一次把温度变成了电信号。此后，随着技术的发展，人们研制出了各种温度传感器。本世纪，在半导体技术的支持下，相继诞生了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。[11]与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。[12] 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。[13] 热电偶传感器有自己的优点和缺陷。热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。然而热电偶传感器的灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。[14] IC温度传感器即数字集成温度传感器，其外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。尤其是CMOS工艺实现的智能温度传感芯片具有低成本、低功耗、与标准数字工艺兼容以及芯片面积小等优点，已经取代了双极型工艺。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型，最主要的特点之一是将温度传感模块和信号的处理电路同时集成在一个芯片上。[15]
实验二（2）温度传感器实验 实验时间 2017.01.12 实验编号 无 同组同学 邓奡 一、实验目的 1、了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理； 2、掌握热电偶的冷端补偿原理； 3、掌握热电偶的标定过程； 4、了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。 二、实验原理 1、热电偶测温原理 由两根不同质的导体熔接而成的，其形成的闭合回路叫做热电回路，当 两端处于不同温度时回路产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。 试验中使用两种热电偶：镍铬—镍硅（K 分度）、镍铬—铜镍（E 分度）。图2.3.5所示为热电偶的工作原理，图中：T 为热端，0T 为冷端，热电势为)()(0T E T E E AB AB t -=。 热电偶冷端温度不为0℃时（下式中的1T ），需对所测热电势进行修正，修正公式为：),(),(),(0110T T E T T E T T E +=,即： 实际电动势+测量所得电动势+温度修正电势 对热电偶进行标定时，以K 分度热电偶作为标准热电偶来校准E 分度热 电偶。 2、铂热电阻 铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在C 650T C 0?≤≤?时，
)1(20BT AT R R T ++=, 式中：T R ——铂热电阻在T ℃时的电阻值 0R ——铂热电阻在0℃时的电阻值 A ——系数（=C ??/103.96847-31） B ——系数（= C ??/105.847--71） 3、PN 结温敏二极管 半导体PN 结具有良好的温度线性，PN 结特性表达公式为： γln be e kT U =?， 式中，γ为与PN 结结构相关的常数； k 为波尔兹曼常数，K J /1038.1k 23-?=； e 为电子电荷量，C 1910602.1e -?=； T 为被测物体的热力学温度（K ）。 当一个PN 结制成后，当其正向电流保持不变时，PN 结正向压降随温度 的变化近似于线性，大约以2mV/℃的斜率随温度下降，利用PN 结的这一特性可以进行温度的测量。 4、热敏电阻 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的 热敏元件，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。 热敏电阻分为正温度系数热敏电阻PTC 、负温度系数热敏电阻NTC 和在 某一特定温度下电阻值发生突然变化的临界温度电阻器CTR 。 实验中使用NTC ，热敏电阻的阻值与温度的关系近似符合指数规律，为：)11(00e T T B t R R -=。式中： T 为被测温度（K)，16.273t +=T 0T 为参考温度（K),16.27300+=t T T R 为温度T 时热敏电阻的阻值 0R 为温度0T 时热敏电阻的阻值 B 为热敏电阻的材料常数，由实验获得，一般为2000~6000K 5、集成温度传感器 用集成工艺制成的双端电流型温度传感器，在一定温度范围内按1uA/K 的恒定比值输出与温度成正比的电流，通过对电流的测量即可知道温度值(K 氏温度），经K 氏-摄氏转换电路直接得到摄氏温度值。
《温度传感器实训报告》 实 训 报 告 课程：信号检测与技术 专业：应用电子技术 班级：应电1131班 小组成员：欧阳主、王雅志、朱知荣、周玙旋、周合昱 指导老师：宋晓虹老师 2013年4月23日 一、实训目的 了解18b20温度传感器的基本原理与应用 2、实训过程
+ c o m 1 2 3 4 5 6 7 8 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 9 10 11 A B C D E F G D P P 1 P 2 P 3 3 2 1 10 9 7 g c o m d p 8 3 2 1 V C C I /O G N D P 3.7 12M R1 GND 21 b 23 d 4 e 56 1、电路实现功能： 由电脑 USB 接口供电，也可外接 6V —16V 的直流电源。通过温度传感器 18B20 作为温度传感器件，测出改实际温度，再由芯片为ＤＩＰ封装 AT89C2051 单片机进行数据处理，通过数码管显示温度值。 温度显示（和控制）的范围为：-55oC 到 125oC 之间，精度为 1oC，也就是 显示整数。如果你设定报警的温度为 20oC，则当环境温度达到 21oC 时，报警 发光二极管发光，同时继电器动作。如果你不需要对温度控制（报警），可以 将报警温度值设置高些。如果控制的是某局部的温度，可将 18B20 用引线引出， 但距离不宜过大，注意其引脚绝缘。 ２.电路的构成 该电路有电源、按键控制模块、信号处理、驱动模块、显示模块、检测。 ３.电路原理图 AN1 vcc J3 C1 AN2 AN3 C5 104 + C4 470UF 1 2 3 4 USB J1 30P JZ C2 30P JDQ V1 1N4148 P1 P2 P3 10K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C3 10UF I C1 RST P3.0(RXD) P3.1(TXD) XTAL2 XTAL1 P3.2(INT0) P3.3(INT1) P3.4(T0) P3.5(T1) GND AT89C2051 VCC 20 P1.7 19 P1.6 18 P1.5 17 P1.4 16 P1.3 15 P1.2 14 P1.1 13 P1.0 12 P3.7 11 VCC R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 220*7 P3.7 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 LED2 LED -3 8.8.8. I C3 L7805 OUT 3 IN 8. LED1 a 1 c f J2 2 1 Q1 8550 LED3 R5 2K I C2 DS18B20 R14 470 Q2 Q3 Q4 VCC R6 4.7K P1 P2 R2 4.7K R3 8550 8550 8550 P3 4.7K R4 4.7K VCC
嵌入式系统原理与应用 课程设计 —基于ARM9的温度传感器 学号：2012180401** 班级：**************1班 姓名：李* 指导教师：邱*
课程设计任务书 班级: ************* 姓名：***** 设计周数: 1 学分: 2 指导教师: 邱选兵 设计题目: 基于ARM9的温度传感器 设计目的及要求: 目的： 1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。 2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊 接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。 3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能 够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。 4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的 电子器件图书。 5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字 万用表。 6.掌握和运用单片机的基本内部结构、功能部件、接口技术以及应用技术。 7.各种外围器件和传感器的应用； 8.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。 要求： 1.学生都掌握、单片机的内部结构、功能部件，接口技术等技能； 2.根据题目进行调研，确定实施方案，购买元件，并绘制原理图，焊接电路板， 调试程序； 3.焊接和写汇编程序及调试，提交课程设计系统（包括硬件和软件）；. 4.完成课程设计报告 设计内容和方法:使用温度传感器PT1000，直接感应外部的温度变化。使用恒流源电路，保证通过PT1000的电流相等，根据PT1000的工作原理与对应关系，得到温度与电阻的关系，将得到的电压放大20倍。结合ARM9与LCD，将得到的参量显示在液晶屏上。
温度传感器的常见分类温度传感器应用大全 温度传感器在我们的日常生活中扮演着十分重要的角色，同时它也是使用范围最广，数量最多的传感器。关于它你了解多少呢？本文主要介绍的就是各种温度传感器的分类及其原理，温度传感器的应用电路。 温度传感器从17世纪温度传感器首次应用以来，依次诞生了接触式温度传感器，非接触式温度传感器，集成温度传感器，近年来在智能温度传感器在半导体技术，材料技术等新技术的支持下，温度传感器发展迅速，由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用也更加方便。 1、热电偶传感器： 两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的，接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关，当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端，另一端温度为TO，称为自由端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势，这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 2、热敏电阻传感器： 热敏电阻是敏感元件的一类，热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变，与一般的固定电阻不同，属于可变电阻的一类，广泛应用于各种电子元器件中，不同于电阻温度计使用纯金属，在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物，正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件，热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度，通常是-90℃?130℃。 3、模拟温度传感器： HTG3515CH是一款电压输出型温度传感器，输出电流1～3.6V，精度为±3％RH，0～100％RH相对湿度范围，工作温度范围-40～110℃，5s响应时间，0±1％RH迟滞，是一个带
传感器课程设计 设计题目：热电偶温度传感器 2010年12月30日 目录 1、序言 (3) 2、方案设计及论证 (4)
3、设计图纸 (9) 4、设计心得和体会 (10) 5、主要参考文献 (11) 一、序言 随着信息时代的到来，传感器技术已经成为国内外优先发展的科技领域之一。测控系统的设计通常是从对象信息的有效获取开始的不同种
类的物理量不仅需要不同种类的传感器进行采集，而且因信号性质的不同，还需要采用不同的测量电路对信号进行调理以满足测量的要去。因此，触感其与检测技术在现代测量与控制系统中具有非常重要的地位。 而在所有的传感器中，热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合。 因此，我们想设计一种热电偶传感器能够在低温下使用，可以适用于试验和科研中，测量为温度范围：-200 ℃ ~500 ℃，电路不太复杂的简易的热电偶温度传感器，考虑到制作材料相对便宜，我们选择了铜-铜镍（康铜）。在选择测量电路时，我们从简单，符合测量范围要求及热电偶的技术特性，我们采用了AD592对T型热电偶进行冷结点的补偿电路。这种型号的电路允许的误差（0.5 ℃或0.004x|t|）相对于其他类型的热电偶具有测量温度精度高，稳定好，低温时灵敏度高，价格低廉。能较好的满足测量范围。 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点： a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便， ·结构简单，制造容易， ·价格便宜， ·惰性小，
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T
温度传感器的发展现状、原理及应用 摘要： 近年来，中国工业现代化进程和电子信息产业的持续快速发展，推动了传感器市场的快速崛起。温度传感器是一类重要的传感器，占传感器总需求量的40%以上。温度传感器是一种半导体器件，利用NTC电阻随温度变化的特点，将非电物理量转化为电量，从而实现精确的温度测量和自动控制。温度传感器广泛应用于温度测量和控制、温度补偿、流量和风速测量、液位指示、温度测量、紫外和红外测量、微波功率测量等领域，广泛应用于彩电领域。电脑彩色显示，开关电源，热水器，冰箱，厨房设备，空调，汽车等领域。近年来，汽车电子和消费电子行业的快速增长推动了中国对温度传感器需求的快速增长。 关键词：温度传感器；发展现状；应用
目录 一、温度传感器的发展现状 (3) 二、温度传感器的原理 (3) （一）热电偶温度传感器原理 (4) （二）金属热电阻温度传感器原理 (4) （三）集成温度传感器原理 (4) 三、温度传感器的应用 (4) （一）在汽车中的应用 (5) （二）在家用电器中的应用 (5) （三）生物医学中的应用 (6) （四）工业中的应用 (6) （五）太空中的应用 (6) 四、结论 (6) 参考文献 (8)
一、温度传感器的发展现状 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的[1]。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。 由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般产用各式各样形态的温度传感器。 表1.1当前市面上温度传感器分类统计表[2] 分类特征传感器名称 测量范围 超高温用1500℃以上光学高温计、辐射传感器 中高温用1000℃ -1500℃ 光学高温计、辐射传感器、热电偶 中温用500℃-1000℃光学高温计、辐射传感器、热电 低温用-250℃-0℃晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计极低温用-270℃ --250℃ BaSrTi03陶瓷 现如今，在集成数字智能温度传感器领域，国内相关的设计和研究尚处于交 际处的阶段。目前市场上流行的同类温度传感器诸如DS18B20，AD7416，AD7417，AD7418，AD590等F，大国都是出自国外一些比较大的公司。就目前来说，国内的很多公司往往温度传感器产品比较少，并且已申请到的相关专利也非常少，处理厦门大学等高校申请专利外，还有香港应用科技研究院、苏州纳芯微电子、背景中电华大电子设计、上海贝岭等少数研究机构或企业的专利，虽然其专利名称比较大，但是技术涉及点并不全面。因此，在集成数字温度传感器方面，我国尚有较大的发展空间。
关于温度传感器特性的实验研究 摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波 尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。 关键词：定标转化拟合数学软件 EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR 1.引言 温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。 2.热电阻的特性 2.1实验原理 2.1.1Pt100铂电阻的测温原理 和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。 按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下： TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1) 其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下： Rt=R0[1+At+B t2+C(t-100)t3] (-200℃ 华东交通大学电子测量传感器设计报告 报告题目：基于温度传感器的数字温度计 作者姓名： 专业班级： 学号： 指导老师： 时间：2013~2014学年第一学期 摘要 温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同, 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。 采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。 本文主要介绍了一个基于89C51单片机和DS18B20的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量。 关键词：AT89C51单片机、温度传感器DS18B20 Abstract Temperature control system is widely applied in various fields of social life, such as household appliances, automobiles, materials, power electronics, the commonly used 各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量 (取决于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T 的微分热电势为热电势率, 又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2. 热电偶的种类 温度传感器是指能感受温度并能转换成可用输出信号的传感器。温度是和人类生活环境有着密切关系的一个物理量，是工业过程三大参量（流量、压力、温度）之一，也是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一。温度测量是一个经典而又古老的话题，很久以来，这方面己有多种测温元件和传感器得到普及，但是直到今天，为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广泛要求，仍在不断研发新型测温元件和传感器、新的测温方法、新的测温材料、新的市场应用。要准确地测量温度也非易事，如测温元件选择不当、测量方法不宜，均不能得到满意结果。 据有关部门统计，2009年我国传感器的销售额为327亿元人民币，其中温度传感器占整个传感器市场的14％，主要应用于通信电子产品、家用电器、楼宇自动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。 温度传感器的特点 作为一个理想的温度传感器，应该具备以下要求：测量围广、精度高、可靠性好、时漂小、重量轻、响应快、价格低、能批量生产等。但同时满足上述条件的温度传感器是不存在的，应根据应用现场灵活使用各种温度传感器。这是因为不同的温度传感器具有不同的特点。 ● 不同的温度传感器测量围和特点是不同的。 几种重要类型的温度传感器的温度测量围和特点，如表1所示。 ● 测温的准确度与测量方法有关。 根据温度传感器的使用方法，通常分为接触测量和非接触测量两类，两种测量方法的特点如 ● 不同的测温元件应采用不同的测量电路。 通常采用的测量电路有三种。“电阻式测温元件测量电路”，该测量电路要考虑消除非线性误差和热电阻导线对测量准确度的影响。“电势型测温元件测量电路”，该电路需考虑线性化和冷端补偿，信号处理电路较热电阻的复杂。“电流型测温元件测量电路”，半导体集成温度传感器是最典型的电流型温度测量元件，当电源电压变化、外接导线变化时，该电路输出电流基本不受影响，非常适合远距离测温。 温度测量的最新进展 ● 研制适应各种工业应用的测温元件和温度传感器。 铂薄膜温度传感器膜厚1μm，可置于极小的测量空间，作温度场分布测量，响应时间不超过1ms，偶丝最小直径25μm，热偶体积小于1×10-4mm3，质量小于1μg。 多色比色温度传感器能实时求出被测物体发射率的近似值，提高辐射测温的精 第29卷第1期2009年1月 海 洋 测 绘 H YD RO GRA PH IC SU RV EY I N G AND CHA R T IG V ol 129,N o 11 Jan .,2009 收稿日期:2008208228;修回日期:2008210228作者简介:汪 洋(19832),男,新疆阿克苏人,硕士研究生,主要从事海洋调查资料处理及分析研究。 单温度传感器CTD 资料处理研究 汪 洋 1,2 ,李占桥2,李 洋3,袁延茂 2 (11解放军理工大学气象学院,江苏南京 211101;21海军海洋测绘研究所,天津 300061; 3161741部队,北京 100081) 摘要:简要介绍了温盐深测量仪(CT D )原始数据预处理的步骤,分析了处理过程中盐度计算误差产生的原因,并重点讨论了以MARKIIIB 型为代表的单温度传感器CT D 的传感器滞后订正问题,针对传统方法存在的缺陷,引入了新的订正方法,在实际处理中取得了较为理想的效果。 关键词:温盐深测量仪;预处理;传感器滞后订正;高通滤波 中图分类号:P714+11 文献标识码:B 文章编号:167123044(2009)0120062204 1 引 言 温盐观测是海洋调查的重要内容,获取高质量、 高密度的温盐资料一直是海洋学家努力追求的目标。海上投放使用的温盐观测仪器,经过长期的发展,原来的颠倒采水器已经完全被各种类型的温盐 深测量仪(CT D )等电子设备所取代[1] ,观测精度及采样率也在不断提高。目前在国内服务于海洋调查的温盐测量仪器包括MARKIII CT D 、S BE CT D 、XCT D (BT )等。 由于受到仪器本身观测原理以及操作使用等原因的影响,温盐观测资料往往存在不同原因产生的误差,必须经过预处理才能进一步得到应用,面对日益高精尖的观测仪器,如果缺乏必要的正确的处理 过程,高精度的设备同样得不到高质量的资料[2] 。温盐资料处理是海洋工作者长期研究的课题。近来,作者在采用传统方法处理一批中国浅海的MARKIIIB 型单温度传感器CT D 资料时发现,在消除传感器滞后问题上总是得不到理想的效果。针对这种情况,结合温度与电导率剖面结构的特点,作者作了一些探索性分析,引入了新的订正方法,取得了较为理想的订正效果。 2 温盐资料处理步骤及误差产生的原因211 温盐资料处理步骤 CT D 主要装配有三个传感器:电导率、温度和 压力传感器,传感器在升降过程中不断将观测到的海水物理量以电信号形式记录得到数据文件。资料处理工作主要包括以下步骤。 (1)数据转换:将传感器电信号数据转换为真 实的电导率、温度、压力等海水物理量。 (2)压力零点订正:由于受条件环境的限制,压 力数据往往存在系统误差,可通过一定的方法[3,4] 计算并进行订正。 (3)剔除异常数据:对超出气候变化以及不合理的突变数据进行判别并剔除。 (4)传感器滞后订正:由于温度、电导率传感器感应时间不同,在计算盐度、密度等要素时会造成数据误差,需要进行传感器感应时间匹配订正。 (5)衍生要素计算:由CT D 可直接得到的是电导率、温度和压力,在实际应用中需要使用这三个参 量,根据实验室经验公式[5] 计算得到盐度、密度、声速等海洋要素。212 盐度计算误差产生的原因 CT D 资料的误差包括压力系统误差、异常数据误差、盐度(密度)计算误差等。这些误差前人都作过一些研究,也提出了一些实际处理的方法,其中压力误差及异常数据误差的处理已经得到了较好的解决。由于在实际数据应用中的盐度是使用电导率、温度和压力计算得到的,密度和声速又是使用盐度、温度和压力计算得到的,所以盐度的计算在CT D 资料处理中显得尤为重要。造成盐度计算误差的主要原因是传感器感应时间(滞后)不同,传感器的滞后订正是笔者在实际资料处理中遇到的主要问题。 (1)传感器的感应时间:传感器的感应数据随着环境的变化而变化,而传感器的感应不可能无限快,总是需要一定的时间。传感器对环境中阶跃变化的响应通常称为时间常数,它一般定量为对于给 温度传感器课程设计报告 专业：电气化 年级： 13-2 学院：机电院 姓名：崔海艳 学号：8021209235 -- 目录 1引言 (3) 2 设计要求 (3) 3 工作原理 (3) 4 方案设计 (4) 5 单元电路的设计和元器件的选择 (6) 5.1微控制器模块 (6) 5.2温度采集模块 (7) 5.3报警模块 (9) 5.4温度显示模块 (9) 5.5其它外围电路 (10) 6 电源模块 (12) 7 程序设计 (13) 7.1流程图 (13) 7.2程序分析 (16) 8. 实例测试 (18) 总结 (18) 参考文献 (19) 1 引言 传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量，化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。在 生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面。总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。 温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式，但PID控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测 2 设计要求 本设计主要是介绍了单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下： ●利用温度传感器（DS18B20）测量某一点环境温度 ●测量范围为-55℃～＋99℃，精度为±0.5℃ ●用液晶进行实际温度值显示 ●能够根据需要方便设定上下限报警温度 3 工作原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处 温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段： 1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。2.模拟集成温度传感器/控制器。 3.智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 温度传感器的分类 温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。 接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。 温度传感器的发展 1.传统的分立式温度传感器——热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。 2.模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。 2．1光纤传感器 光纤式测温原理 光纤测温技术可分为两类:一是利用辐射式测量原理,光纤作为传输光通量的导体,配合光敏元件构成结构型传感器;二是光纤本身就是感温部件同时又是传输光通量的功能型传感器。光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低,无论是就地使用或远传均十分方便而且光纤直径小,可以单根、成束、Y型或阵列方式使用,结构布置简单且体积小。因此,作为温度计,适用的检测对象几乎无所不包,可用于其他温度计难以应用的特殊场合,如密封、高电压、强磁场、核辐射、严格防爆、防水、防腐、特小空间或特小工件等等。目前,光纤测温技术主要有全辐射测温法、单辐射测温法、双波长测温法及多波长测温等 2.1.1 全辐射测温法 全辐射测温法是测量全波段的辐射能量,由普朗克定律: 测量中由于周围背景的辐射、测试距离、介质的吸收、发射及透过率等的变化都会严重影响准确度。同时辐射率也很难预知。但因该高温计的结构简单,使用操作方便,而且自动测量,测温范围宽,故在工业中一般作为固定目标的监控温度装置。该类光纤温度计测量范围一般在600～3000℃,最大误差为16℃。 2.1.2 单辐射测温法 由黑体辐射定律可知,物体在某温度下的单色辐射度是温度的单值函数,而且单色辐射度的增长速度较温度升高快得多,可以通过对于单辐射亮度的测量获得温度信息。在常用温度与波长范围内,单色辐射亮度用维恩公式表示: 2.1.3 双波长测温法 双波长测温法是利用不同工作波长的两路信号比值与温度的单值关系确定物体温度。两路信号的比值由下式给出: 际应用时,测得R(T)后,通过查表获知温度T。同时,恰当地选择λ1和λ2,使被测物体在这两特定波段内,ε(λ1,T)与ε(λ2,T)近似相等,就可得到与辐射率无关的目标真实温度。这种方法响应快,不受电磁感应影响,抗干扰能力强。特别在有灰尘,烟雾等恶劣环境下,对目标不充满视场的运动或振动物体测温,优越性显著。但是,由于它假设两波段的发射率相等,这只有灰体才满足,因此在实际应用中受到了限制。该类仪器测温范围一般在600～3000℃,准确度可达2℃。 2.1.4 多波长辐射测温法 多波长辐射测温法是利用目标的多光谱辐射测量信息,经过数据处理得到真温和材料光谱发射率。考虑到多波长高温计有n个通道,其中第i个通道的输出信号Si可表示为: 将式(9)～(13)中的任何一式与式(8)联合,便可通过拟合或解方程的方法求得温度T和光谱发射率。Coates[8,9]在1988年讨论了式(9)、(10) 温度传感器报告 温度传感器是指能感受温度并能转换成可用输出信号的传感器。温度是和人类生活环境有着密切关系的一个物理量，是工业过程三大参量（流量、压力、温度）之一，也是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一。温度测量是一个经典而又古老的话题，很久以来，这方面己有多种测温元件和传感器得到普及，但是直到今天，为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广泛要求，仍在不断研发新型测温元件和传感器、新的测温方法、新的测温材料、新的市场应用。要准确地测量温度也非易事，如测温元件选择不当、测量方法不宜，均不能得到满意结果。 据有关部门统计，2009年我国传感器的销售额为327亿元人民币，其中温度传感器占整个传感器市场的14％，主要应用于通信电子产品、家用电器、楼宇自动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。 温度传感器的特点 作为一个理想的温度传感器，应该具备以下要求：测量范围广、精度高、可靠性好、时漂小、重量轻、响应快、价格低、能批量生产等。但同时满足上述条件的温度传感器是不存在的，应根据应用现场灵活使用各种温度传感器。这是因为不同的温度传感器具有不同的特点。 ● 不同的温度传感器测量范围和特点是不同的。 几种重要类型的温度传感器的温度测量范围和特点，如表1所示。 ● 测温的准确度与测量方法有关。 根据温度传感器的使用方法，通常分为接触测量和非接触测量两类，两种测量方法的特点如 ● 不同的测温元件应采用不同的测量电路。 通常采用的测量电路有三种。“电阻式测温元件测量电路”，该测量电路要考虑消除非线性误差和热电阻导线对测量准确度的影响。“电势型测温元件测量电路”，该电路需考虑线性化和冷端补偿，信号处理电路较热电阻的复杂。“电流型测温元件测量电路”，半导体集成温度传感器是最典型的电流型温度测量元件，当电源电压变化、外接导线变化时，该电路输出电流基本不受影响，非常适合远距离测温。 温度测量的最新进展 ● 研制适应各种工业应用的测温元件和温度传感器。 铂薄膜温度传感器膜厚1μm，可置于极小的测量空间，作温度场分布测量，响应时间不超过1ms，偶丝最小直径25μm，热偶体积小于1×10-4mm3，质量小于1μg。 多色比色温度传感器能实时求出被测物体发射率的近似值，提高辐射测温的精基于温度传感器的数字温度计
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