1700 年代初，德國(guó)物理學(xué)家加布里埃爾·丹尼爾·華氏 （Gabriel Daniel Fahrenheit） 創(chuàng)造了華氏標(biāo)度并開發(fā)了水銀溫度計(jì)。華氏沒有使用他認(rèn)為不可靠的水的冰點(diǎn)作為基礎(chǔ)。他將冰/鹽/水混合物的溫度稱為“零度”，因?yàn)檫@是他在實(shí)驗(yàn)室中可以方便且可重復(fù)地達(dá)到的最低溫度。他估計(jì)人體溫度為 96°，并以此為上參考。然后，他將刻度劃分為 0 到 96 之間的單度。在這個(gè)刻度上，純水的華氏刻度的冰點(diǎn)恰好發(fā)生在 32°，沸點(diǎn)（在海平面）在 212°。

在那個(gè)世紀(jì)后期，大約在 1742 年，瑞典天文學(xué)家安德斯·攝氏認(rèn)為有一個(gè)更好的尺度。攝氏使用 100° 作為雪的熔點(diǎn)，并將 0° 設(shè)置為水的沸點(diǎn)。后來將其反轉(zhuǎn)為冷端為 0°，熱端為 100°，即攝氏溫標(biāo)。

從那時(shí)起，準(zhǔn)確測(cè)量溫度對(duì)于科學(xué)、醫(yī)學(xué)和工業(yè)設(shè)備來說至關(guān)重要。至少有五種常見的溫度傳感器，但現(xiàn)在，今天，我發(fā)現(xiàn)其中兩種非常引人注目。

RTD傳感器接口

鉑電阻溫度檢測(cè)器 （RTD） 是最精確的溫度傳感器之一。RTD 能夠?qū)崿F(xiàn) ±0.02°C 的校準(zhǔn)精度，但更典型地歸檔為 ±0.1°C。RTD 提供探頭或 SMT 版本，堅(jiān)固耐用，具有出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、互換性和可重復(fù)性。RTD 不需要像熱電偶那樣的冷端補(bǔ)償。它的響應(yīng)速度比熱電偶慢一些。RTD 對(duì)溫度的響應(yīng)幾乎是線性的，尤其是從 0° 到 100°C，但并不完全如此。無需一些微處理器校正，您就可以在 -100°C 和 +200°C 的范圍內(nèi)獲得 ±3.1° 的精度 （0.00385Ω/Ω/°C （ITS-90）），這是非?？芍貜?fù)的。然而，該設(shè)備的規(guī)定精度可能為 ±0.10 度，是指它與標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合。如果您必須進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，而不是可重復(fù)測(cè)量，微控制器可以使用 Calendar-Van Dusen 方程來補(bǔ)償非線性并獲得 0.1 度的精度。請(qǐng)注意，不同鉑成分的 RTD 常數(shù)可能略有不同，包括 α = 0.003926Ω/Ω/°C 和 a = 0.003750Ω/Ω/°C （IEC 60751:2008）。

RTD 的起始價(jià)格低于 1 美元，通常具有 -55° 至 155°C 的溫度范圍。此外，200° 至 600°C 也很常見。有許多版本可供選擇，0°C 時(shí)的電阻范圍為 100Ω 至 1KΩ，精度為 ±1% 至 ±0.1%。RTD 的模擬接口（有時(shí)稱為“發(fā)射器”）過去非常昂貴，但現(xiàn)在不再如此了。

MAX31865是一款易于使用的單芯片接口，用于鉑電阻溫度檢測(cè)器，帶有數(shù)字輸出。其輸入可防止高達(dá) ±45V 的過壓故障，該芯片具有可編程檢測(cè) RTD 或電纜中的開路或短路故障條件的功能。

該芯片的 15 位 A/D 在所有工作條件下的總精度最高為 ±0.5°C（滿量程的 0.05%）。A/D 的積分非線性為±1 LSB。該 IC 采用 3.3V 電源供電，通常需要 2ma。它與 2 線、3 線和 4 線傳感器連接兼容，采用 20 引腳 TQFN 和 SSOP 封裝。MAX31865EVKIT評(píng)估套件可供您直接評(píng)估器件。

圖 2：MAX31865 RTD 數(shù)字轉(zhuǎn)換器框圖。

IC溫度傳感器

第一個(gè)溫度傳感器 IC 于 40 年前發(fā)布。今天，這些設(shè)備是所有工程師的中流砥柱。IC 溫度傳感器提供高模擬輸出或數(shù)字輸出，價(jià)格相當(dāng)便宜，通常具有很好的線性度和非常小的封裝。直到最近，溫度傳感器 IC 的精度還可以，而且通常響應(yīng)速度很慢。它們需要穩(wěn)定的電源。它們的溫度范圍有點(diǎn)有限。

情況肯定有所改善。例如，MAX31889數(shù)字溫度傳感器以最低功耗實(shí)現(xiàn)最高準(zhǔn)確度，是冷鏈制藥和其他溫度傳感應(yīng)用的理想選擇。該器件在 -20oC 至 +105oC 和 -40oC 至 +125oC 范圍內(nèi)的精度為 ±0.25oC 和 ±0.65oC。該 IC 的 16 位分辨率高達(dá) 0.005oC，可重復(fù)性為 0.008°C RMS。它有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 I 2 C 串行輸出。

制作像 MAX31889 這樣的專用模擬 IC 可以提供一些不錯(cuò)的附加功能。該芯片包括高低閾值數(shù)字溫度報(bào)警器，并且有一個(gè) 32 字的 FIFO 測(cè)量緩沖器。唯一的 ROM ID 使設(shè)備 NIST 可追溯。

轉(zhuǎn)換時(shí)間為 16.5ms，典型值。該 IC 采用微型 2 x 2 x 0.8mm、6 引腳、μDFN 封裝。它在測(cè)量期間僅需要 68μA 的典型工作電流（最大 110μA），而在待機(jī)狀態(tài)下僅需要 0.55μA（最大 38.0μA）。

圖 3：MAX31889 溫度傳感器 IC 框圖。

IC 傳感器有什么不喜歡的？好吧，如果 -40o 至 +125oC 的工作范圍適用于您的應(yīng)用，那么幾乎沒有任何實(shí)際意義。該芯片采用 1.7V 至 3.6V 電源供電，因此可以輕松使用電池供電。它現(xiàn)在可用且成本低廉。事實(shí)上，該設(shè)備以 RTD 成本的一小部分測(cè)量冷鏈藥品溫度。

審核編輯：郭婷