选择温度传感产品也许看似小事一桩，但由于可用的产品多种多样，因此这项任务可能令人颇感畏惧。在这篇**中，笔者将介绍四种类型的温度传感器（电阻式温度检测器 (RTD)、热电偶、热敏电阻器以及具有数字和模拟接口的集成电路 (IC) 传感器）并讨论每种传感器的优点与缺点。
从系统级的立足点来看，温度传感器是否适合您的应用将取决于所需的温度范围、准确度、线性度、解决方案成本、功能、功耗、解决方案尺寸、安装法（表面贴装法与通孔插装法以及电路板外安装法）还有必要支持电路的易设计程度。' z7 E7 |0 F% W9 l7 }! j4 Y* X) A
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当一边测量RTD的电阻一边改变它的温度时，响应几乎是线性的，表现得像一个电阻器。如图1所示，该RTD的电阻曲线并非完全呈线性，而是有几度的偏差（示出了一条用作参考的直线）—— 但却是高度可预测并可复验的。为了对这种轻微的非线性进行补偿，大多数设计人员都会对测得的电阻值进行数字化处理，并使用微控制器内的查找表以便应用校正因子。这种宽温度范围（大约-250℃至+750℃）内的可复验性和稳定性使RTD在高精度应用（包括在管道和大容器内测量液体或气体的温度）中极为有用。6 W$ K8 O( t$ L9 J0 l2 q5 A/ ]
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图1：RTD的电阻与温度6 ?: c8 a* _5 B, `4 `
用来处理RTD模拟信号的电路的复杂度基本上根据应用而变化。放大器和模数转换器（ADC）等组件（这些组件会产生它们自己的误差）是不可或缺的。只有当测量必要时才给传感器供电 —— 通过该方法您也可实现低功耗运行，但这会使该电路复杂得多。而且，使传感器通电所需的功率还会提高其内部的温度，从而影响测量准确度。仅仅几毫安的电流，这种自加热效应就会产生温度误差（这些误差是可纠正的，但需要进一步的斟酌考量）。另外，请谨记：线绕式铂RTD或薄膜RTD的成本可能相当高，尤其当与IC传感器的成本进行比较时。/ T& @" J# x0 p3 G8 b
热敏电阻器1 V% L3 }$ b! [3 [$ ` }; f' r
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热敏电阻器是另一种类型的电阻式传感器。有多种多样可用的热敏电阻器，从物美价廉的产品到高精度产品，不一而足。低成本、低精度的热敏电阻器可执行简单的测量或阈值检测功能 —— 这类电阻器需多个组件（如比较器、参考和分立式电阻器），但非常便宜，并具有非线性的电阻-温度属性，如图2所示。如果您需要测量宽范围的温度，您将需进行大量的线性化处理工作。对几个温度点进行校准可能是必要的。为实现更高的精度，可用更昂贵且公差更紧的热敏电阻阵列来帮助解决这种非线性难题，但这种阵列通常比单个热敏电阻器灵敏度低。
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图2：热敏电阻器的电阻与温度$ C/ s$ X$ ^' E! `7 W8 N/ m# ~+ l
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因为多跳变点系统增加了复杂度和成本，所以低成本热敏电阻器一般仅用于具有最少功能要求的应用，包括烤面包器、咖啡机、电冰箱和吹风机。此外，热敏电阻器还会遭受自加热问题的困扰（通常在较高温度下，此时它们的电阻较低）。和RTD的情况一样，尚未发现不能在低电源电压下使用热敏电阻器的根本原因 —— 但请记住，满量程输出越低，它根据模数转换器（ADC）特性直接转化成的系统灵敏度越低。小功率应用还需要提高电路复杂度，以便能对噪声引起的误差非常敏感。热敏电阻器可在-100°C至+500°C的温度范围内运行，虽然大多数热敏电阻器的额定最高工作温度范围是+100°C至+150°C。7 P# G) B3 n6 W3 J
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热电偶5 O- J. L. }* [# B* U
热电偶包括由不同材料制成的两根电线的接点。例如，J型热电偶是由铁和康铜制成的。如图3所示，接点1位于待测量的温度处，而接点2和接点3则被置于用LM35模拟温度传感器测定的不同温度处。输出电压与这两个温度值的差大致成比例。
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图3：将LM35用于热电偶冷接点补偿- j# D0 m" {, x* V: y) F- a, U
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因为热电偶的灵敏度相当低（在每摄氏度几十微伏的量级上），所以您将需要低偏移放大器来产生可用的输出电压。在热电偶的工作范围内，温度至电压传递函数中的非线性往往需要补偿电路或查找表，正如RTD和热电偶一样。然而，尽管有这些缺点，热电偶仍非常流行，尤其适用于烤箱、水加热器、窑炉、测试设备和其它工业处理 —— 原因是热电偶的热质量很低且工作温度范围（工作温度可扩展至2300℃以上）很宽泛。8 N& o& t' }$ z
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IC传感器
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IC传感器可在-55°C至+150°C的温度范围内工作 —— 精选的几种IC传感器工作温度可高达+200°C。有各种类型的集成式IC传感器，不过四种最常见的集成式IC传感器当属模拟输出器件、数字接口器件、远程温度传感器以及那些具有温控器功能的集成式IC传感器（温度开关）。模拟输出器件（一般是电压输出，但有些也具有电流输出）在其需要ADC来对输出信号进行数字化处理时最像无源解决方案。数字接口器件最常使用两线接口（I2C或PMBus），并具有内置的ADC。
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除了也包括一个局部温度传感器外，远程温度传感器还具有一路或多路输入以便监测远程二极管温度 —— 它们最常被置于高度集成的数字IC（例如，处理器或现场可编程门阵列【FPGA】）中。当达到温度阈值时，温控器可提供简单的警报。
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使用IC传感器有许多好处，包括：功耗低；可提供小型封装产品（有些尺寸小到0.8mm×0.8mm）；还可在某些应用中实现低器件成本。此外，由于IC传感器在生产测试过程中都经过校准，因此没有必要进一步校准。它们通常用于健身跟踪应用、可佩戴式产品、计算系统、数据记录器和汽车应用。' s0 f! }) l; @# _2 r6 L% }& o
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经验丰富的电路板设计人员将根据最终产品要求来使用最合适的解决方案。表1展示了每种温度传感器的相对优势/劣势。
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表1：RTD、热敏电阻器、热电偶和IC传感器的相对优势与劣势
【MAX31855关键特性】 冷端补偿 14位、0.25°C分辨率 转换器的温度分辨率为0.25°C， 温度读数为-270°C 至+1800°C， 对于K型热电偶，在-200°C至+700°C温度范围内，保持±2°C精度。 提供K、J、N、T和E型热电偶器件版本 简单的SPI兼容接口(只读) 检测热电偶对GND或VCC短路 检测热电偶开路 应用 电器设备 汽车 HVAC 工业 【MAX6675关键特性】 冷端温度补偿 12位、0.25°C分辨率 可读取温度达0°C至+1024°C， 热电偶在0°C至+700°C温度范围内精度为8 LSB。 简单的SPI兼容串行接口 热电偶开路检测 MAX6675采用小尺寸、8引脚SO封装 应用 电器设备 HVAC 工业 【MAX31856关键特性】 提供高精度热电偶温度读数 包括8种热电偶的自动线性度修正 ±0.15%(最大值，-20°C至+85°C)热电偶满幅和线性度误差 19位、0.0078125°C热电偶温度分辨率 内置冷端补偿，将系统元件数量降至最少 转换器的温度分辨率达0.0078125°C， 允许读取-210°C 至+1800°C以及低至(取决于热电偶类型)的温度读数 ±0.7°C(最大值，-20°C至+85°C)冷端补偿精度 ±45V输入保护，系统性能可靠 简化系统故障管理和诊断 检测热电偶开路 过温和欠温故障检测 50Hz/60Hz噪声抑制滤波，提高系统性能 14引脚TSSOP封装 【MAX31865关键特性】 简便的RTD铂电阻至数字转换器 支持100Ω至1kΩ(0°C时)铂电阻RTD (PT100至PT1000) 兼容2线、3线和4线传感器连接 spi兼容接口 20引脚TQFN和SSOP封装 高精度设计方便满足误差预算 15位ADC分辨率；标称温度分辨率为0.03125°C (随RTD的非线性变化) 整个工作条件下，总精度保持在最高0.5°C (0.05%满量程) 全差分VREF输入 转换时间：21ms (最大值) 集成故障检测提高系统可靠性 ±45V输入保护 故障检测(RTD开路、RTD短路到量程范围以外的电压或RTD元件短路) · 【DS18B20关键特性】 独特的1-Wire®接口仅占用一个通信端口 内置温度传感器和EEPROM减少外部元件数量 测量温度范围：-55°C至+125°C (-67°F至+257°F) -10°C至+85°C温度范围内测量精度为±0.5°C 9位至12位可编程分辨率 无需外部元件 寄生供电模式下只需要2个操作引脚(DQ和GND) 多点通信简化分布式温度测量 每个器件具有唯一的64位序列号，存储在器件ROM内 用户可灵活定义温度报警门限，通过报警搜索指令找到温度超出门限的器件 提供8引脚SO(150 mils)、8引脚µSOP、3引脚TO-92封装 【MAX31825关键特性】 1-Wire®接口仅占用一个通信端口引脚 唯一的64位序列码，存储在内置ROM中 外部电阻器选择地址，用于位置识别 可以通过数据线供电 电源范围 1.6V至3.6V外部电源 2.3V至3.6V寄生电源 测量温度范围：-45°C至+145°C 在0°C至+70°C温度范围内，精度高于±1°C 在-45°C至+145°C温度范围内，精度高于±1.75°C 报警输出，用于检测温度故障 温度分辨率可选范围为8 至12位 80ms（最大值）内将温度转换为10位数字字 用户可定义的报警设置 4kV HBM ESD保护 WLP-6封装 【MAX31875特性】 微型0.84x0.84x0.35mm WLP 出色的温度精度 +10°C至+45°C范围内为±1.5°C（±0.5°C典型值） -10°C至+100°C范围内为±2°C（±0.6°C典型值） -20°C至+125°C范围内为±3°C（±1°C典型值） 平均供电电流：<10μA 可选择超时预防总线锁定（默认启用） I2C和SMBus支持 可选PEC，用于实现可靠通信 总线速度高达1MHz 电源电压：+1.6V至+3.6V 应用 电池供电设备 手持式电子设备 数据通信设备 服务器 工业设备 【MAX31889关键特性】 高准确度和精度 精度：±0.25°C（-20°C至+105°C） 精度：±0.65°C（-40°C至+125°C） 功耗低，可延长电池使用寿命 工作电压：7V至3.6V 测量期间的工作电流为68μA 待机电流：55μA 安全与合规 高温和低温警报 I2C数字接口 可配置的转换温度输入引脚 可配置的中断输出引脚 用于温度数据的32字FIFO 提供4个I2C地址 唯一ROM ID允许器件为NIST可追踪 小尺寸 2mm x 2mm x 0.8mm、6引脚μDFN 应用 精密温度监控 RTD（电阻温度检测器）传感器替代品 物联网(IoT) 传感器 【MAX30208关键特性】 高准确度、高精度 ±0.15°C精度@ +0°C至+70°C 低功耗 1.7V至3.6V工作电压 67μA测量期间工作电流 0.5μA待机电流 15ms积分时间 小尺寸 2mm x 2mm x 0.75mm、10引脚薄型LGA封装 安全性和合规性 高、地温报警 数字接口 可配置转换温度输入引脚 可配置中断输出引脚 32字FIFO，用于温度数据 提供4个I2C地址——根据需求可提供更多地址 唯一的ROM ID，支持NIST溯源性
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