本應(yīng)用筆記介紹了數(shù)字溫度計的類型以及熱敏電阻和熱電堆如何計算溫度的基本概念。使用自然測數(shù)與查找表，設(shè)計人員為更快的計算和準確性所做的權(quán)衡，以及數(shù)字溫度計所需的各種組件。

概述

醫(yī)用溫度計在以37°C為中心的小溫度范圍內(nèi)測量人體溫度。 在過去的10到15年中，數(shù)字溫度計一直在取代汞棒溫度計，因為新技術(shù)提供了更快，更方便的測量，以及傳統(tǒng)溫度計中汞對環(huán)境的危害。探頭和耳型是市場上兩種主要的數(shù)字溫度計，鏡腿和額頭類型成為其他替代品。探頭類型的使用方式與傳統(tǒng)的水銀棒溫度計相同，可測量口腔、直腸或有時腋窩溫度。耳型是非接觸式溫度計，測量從耳道輻射的紅外能量。太陽穴和前額類型通常是接觸式溫度計，測量太陽穴或前額輻射的紅外能量以確定體溫。

測量

探頭式溫度計通常使用探頭尖端的熱敏電阻來測量溫度。熱敏電阻是一種電阻隨溫度變化的電阻器。分壓器由一個熱敏電阻和一個精密電阻串聯(lián)組成，由一個基準電壓驅(qū)動，在中點處進行單端測量，或在熱敏電阻兩端進行差分測量。有時在單獨的電路中使用相同的精密電阻與相同的基準電壓一起使用，以消除基準電壓隨時間漂移引起的誤差。如果熱敏電阻分壓器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）使用相同的基準電壓，則不需要精密校準電阻。在這種情況下，基準電壓從溫度計算中消除，從而放寬了基準電壓要求。

熱敏電阻需要涉及自然對數(shù)的計算，這會消耗微控制器中的大量計算周期和代碼空間?；蛘?，可以使用查找表來計算溫度，這種方法通常會導致更快的計算和更緊湊的代碼。但是，在表的大小和表條目之間的插值誤差之間進行權(quán)衡，其中增加表中的點數(shù)將減少插值誤差。具有12位或更高位的ADC足以進行此測量，增益級是可選的，具體取決于測量范圍和所需的精度。

圖4.數(shù)字溫度計的功能框圖。

耳式溫度計使用熱電堆和熱敏電阻來測量溫度。熱電堆由許多串聯(lián)的熱電偶組成，以增加輸出電壓。熱電堆產(chǎn)生的輸出電壓與吸收的能量成比例。他們利用黑體輻射原理，即任何高于絕對零度的物體都會輻射能量;在這種情況下，正在測量紅外光譜。來自耳道的紅外輻射被聚焦并引導到熱電堆上，熱電堆的低電平電壓輸出被放大并由具有12位或更高分辨率的ADC轉(zhuǎn)換。熱敏電阻測量熱電堆的冷端溫度，熱電堆和熱敏電阻測量都用于計算體溫。

鏡腿和額頭型溫度計使用與耳式溫度計相同的技術(shù)來測量紅外輻射——它們只是從身體的不同位置測量紅外輻射。一種專門的額頭溫度計，稱為顳溫度計，測量額頭顳動脈的溫度和環(huán)境溫度，然后使用這些溫度來計算體溫。

數(shù)字溫度計比水銀溫度計快得多。有時，熱敏電阻會預熱，使其更快地達到最終溫度。通常，預測算法用于確定溫度。該算法不是等待溫度傳感器完全穩(wěn)定，而是根據(jù)測量周期開始時的響應(yīng)和熱敏電阻的特性預測最終溫度。

電源管理

探頭式溫度計通常使用紐扣電池或兩個紐扣電池，耳式溫度計通常使用紐扣電池或兩個AAA堿性電池。兩種類型的溫度計都可以直接從電池或升壓開關(guān)穩(wěn)壓器運行，具體取決于所選的電路。

一些額頭型溫度計使用9V晶體管電池，因此需要降壓開關(guān)穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器。低關(guān)斷電流和在不使用時關(guān)閉開關(guān)穩(wěn)壓器的能力對于此應(yīng)用中的長電池壽命至關(guān)重要。電壓監(jiān)控器可以監(jiān)控電池，并在電池低于微控制器的安全工作電壓時向微控制器提供復位。此外，ADC的額外輸入可以測量電池，以便向用戶發(fā)出警告，告知電池很快需要更換。

聲音指示器

聲音指示器用于指示溫度計何時可以使用和/或測量何時完成。這通常是由單端或從微控制器的定時器輸出差分驅(qū)動的蜂鳴器或蜂鳴器。

顯示和背光

所有數(shù)字溫度計都使用簡單的LCD顯示屏，可由帶有集成驅(qū)動器的微控制器驅(qū)動。背光可以通過使用由分立 LED 驅(qū)動器驅(qū)動的單個白光 LED （WLED） 或電致發(fā)光 （EL） 片和驅(qū)動器來實現(xiàn)。

審核編輯：郭婷