温度传感指南 | 了解设计挑战

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  在个人电子产品、工业或医疗应用的设计中，工程师必须应对同样的挑战，即如何提升性能、增加功能并缩小尺寸。除了这些考虑因素外，他们还必须仔细监测温度以确保安全并保护系统和消费者免受伤害。

       众多行业的另一个共同趋势是需要处理来自更多传感器的更多数据，进一步说明了温度测量的重要性：不仅要测量系统或环境条件，还要补偿其他温度敏感元件，从而确保传感器和系统的精度。另外一个好处在于，有了精确的温度监测，无需再对系统进行过度设计来补偿不准确的温度测量，从而可以提高系统性能并降低成本。

三大温度设计挑战

• 温度监测： 温度传感器提供有价值的数据来持续跟踪温度条件，并为控制系统提供反馈。此监测可以是系统温度监测或环境温度监测。在一些应用中，我们可以看到设计挑战的特点是需要在控制回路中同时实现这两种监测。这些监测包括系统温度监测、环境
温度监测以及身体或流体温度监测。

• 温度保护： 在多种应用中，一旦系统超过或低于功能温度阈值，便需要采取措施。温度传感器在检测到事先定义的条件时提供输出警报以防止系统损坏。在不影响系统可靠性的情况下提升处理器吞吐量是可行的。系统经常过早启动安全热关断，结果造成高达5°C 甚至 10°C 的性能损失。当系统超过或低于功能温度阈值时，工程师可以自主启动实时保护措施。

• 温度补偿：温度传感器可以在正常工作期间随温度变化最大限度提高系统性能。监测和校正其他关键组件在发热和冷却时的温漂可降低系统故障的风险。

温度传感基本原理

在嵌入式系统中，总是需要更高的性能、更多的功能和更小的外形尺寸。鉴于这种需求，设计人员必须监测整体温度以确保安全并保护系统。在应用中集成更多传感器进一步推动了对温度测量的需求，不仅要测量系统条件或环境条件，还要补偿温度敏感元件并保持整体系统精度。

实现高效温度监测和保护的注意事项包括：

• 精度: 传感器精度表示温度与真实值的接近程度。在确定精度时，必须考虑所有因素，包括采集电路以及整个工作温度范围内的线性度。

• 尺寸: 传感器的尺寸会对设计产生影响，而分析整个电路有助于实现更优化的设计。传感器尺寸还决定了热响应时间，这对于体温监测等应用非常重要。

• 传感器放置: 传感器的封装和放置会影响响应时间和传导路径；这两个因素都对高效温度设计至关重要。工业中常见的温度传感器技术包括集成电路 (IC) 传感器、热敏电阻、RTD 和热电偶。表 1 比较了在为设计挑战评选适合的技术时参考的主要特性。