利用半导体传感器精确测量温度参数

2016-03-14 Silicon Labs(世强翻译)
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温度在电子系统测量中是一个最普通的环境参数,并且各种类型的传感器可以用来满足设计者的需求。然而,在选择温度传感器时必须小心,确保整体的精度能满足设计要求。这篇文章总结了在半导体温度传感器中,影响精度的主要因素。


温度传感器类型

应用系统在需要温度检测时,可用的典型传感器类型如下:

表1:传感器类型

对于基本的温度检测,精度在 ±2°C到 ±3°C就足够了。热敏电阻因其低成本和最少的物料而逐渐成为了流行的选择,然而对于基于MCU应用,如果没有ADC输入,则是不能使用的,对于半导体传感器则是完美的选择。对那些需要更高精度 (高于±2°C)、更低功耗和更高分辨率测量的设计来说,在-40到125°C温度范围内,半导体温度传感器提供了最好的性能和价格,具有最高的性价比。

传统的电阻温度检测器(RTDs)提供了最好的精度(±0.2°C),尽管高成本并且需要额外的物料成本以维持模数转换器的精度。新的半导体温度传感器如来自于硅实验室公司的Si705x提供了兼容电阻温度检测器的精度等级而无需额外的物料。

热电堆提供了非接触测量优势,因此也能检测更宽的温度。传统的热电堆设计使用TO-5金属封装,不仅需要外部放大器,或包含一个嵌入式处理器,外加上合适的光学-机械设计,需要更高的成本,限制了热电偶在那些非接触测量中能提供显著优势的应用。如耳内温度计和高温环境中的工业过程控制。


影响半导体传感器精度的因素

半导体温度传感器通常使用带带隙单元来测量二极管正向电压变化,以确定温度。为了达到合理的精度,在单温度点上进行了校准的,典型温度为25°C,因此,最高精度在校准的上是能达到的,在温度更高或更低时,精度会变差。为了在宽温度范围内达到更高的精度,可增加额外的补偿点或在特定温度范围内采用先进的信号处理技术来实现。而典型值可为某些器件在理想条件下给出一些建议,用户应当信赖多个器件的真实指示精度和各种条件下所显示的最大值。


在半导体传感器中,供电电压也能影响温度精度。半导体器件内部电压调整器较低的电压,当供电偏离标称电压时,精度会表现得更低。大多数制造商都在他们的数据手册中包括了这个在±0.2°C/V到±0.3°C的最大值。

在更高精度的器件(<±0.5°C误差)里,第二个的影响因素在整体精度上将出现,并且扮演着重要的角色,这些通常在制造商的数据手册中的整体精度规范中分别指定,因此应当被添加。这些参数包括:

• 重复性/噪声:这个误差通过模拟前端和模数转换器介绍,范围从较低性能产品的±0.1°C到更高性能产品的±0.01°C。

• 漂移/稳定性:介绍的器件在整个器件寿命时间内额外的误差。


高精度设计考虑

在印制电路板上正确的放置温度传感器是维持精度的关键。对于测量环境空气温度,传感器应当放置得离热源越远越好。这些热源包括微控制器,电压调整器和其他的器件。如果传感器放置在有其他法热器件的同一块印制电路板上,切开印制电路板能够帮助提供热隔离。也应当提供适当的通风,以允许传感器和环境中的空气相接触。

如果需要测量印制板组件的温度,温度传感器应当放置得离关键器件尽可能近的位置。地和电源平面应当使用,来提供热传导通路从组件到传感器。

温度传感器的响应时间是与印制板的热量和所安装的外壳密切相关的。例如,温度传感器放置在大的印制板中心时,将随空气温度变化显示出很慢的响应速度。应将温度传感器安装在小的印制板上,或者提供了切口以将传感器和其余的系统热源绝缘。

关于印制板放置的更多信息,可联系世强。


SILICON LABS SI705X温度传感器与同类产品比较

硅实验室公司的数字式温度传感器SI705X已经设计出来,在整个工作电压和温度范围内都保持了它们的精度。其工作电压范围为1.9V到3.6V。这个SI705X系列器件在远程传感应用中,能够直接连接到电池上。如下面的图,SI705X系列器件在高低温时,在精度上面提供了明显的改善。最小化了精度损失,噪声和供电电压不敏感。

对于最高的精度,提供了可接受的电阻温度检测器替换产品Si7053器件。不需要增加成本和复杂性。


真实应用中温度精度考虑实例

• 冷链药品/食品存储:世界卫生组织规范E06/TR07.1要求在-5°C到+25°C的范围内精度达到±0.5°C,在-20°C到-5°C和+25°C到+55°C的范围内精度达到±1°C。

• 加热通风和空调及冰箱:除了绝对精度,长期稳定性在这些应用中也是非常重要的。因为这些设备是期望使用很多年的。例如,设备定±0.05°C/ 年,十年后的最坏精度达到0.5°C。

• 冷端补偿:热电偶是用来测量非常宽范围温度的常用器件,但是需要一个准确的室温参考测量来提供一个精确的温度测量。

• 远程传感器:设计远程传感器节点和便携式数据记录仪时,必须要考虑到供电电压的产生,没有合适的电压调整器,电池电压变化将引起温度精度降低。

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SEMITEC(石塚)NTC热敏电阻选型指南(英文)

目录- NTC thermistors    Micro thin film thermistor    Micro thin film type sensor probe    Thin film thermistor    Very high accuracy thermistor    High accuracy thermistor    High sensitivity thermistor    High temperature, high sensitivity, glass encapsulated thermistor    High accuracy, SMD chip type thermistor    High temperature axial type thermistor    Non-contact (IR) temperature sensor    Current regulating diode    VRD voltage regulating diode    Inrush current limiter    THERMOPILE   

型号- 103CT-01006,103FT1005A5P,503NT-4-R025H42G,Z2U SERIES,E-301,S-183T,ZD022,ZD027,Z2082,Z6068U,S-701T,S-822T,S-103T,103CI-01006,AP,202AT,203CT,AT,563CT-4,ZD033,FΜ,Z2U,503KT1608T,ZD039,303ET,Z6033U,103FT1005B5P,Z6100,ZD047,Z2008U,NT-4 SERIES,103FT1005A5P1-□,103KT1005T,ZS1033D-T,Z6056U,473CT-4,15D2-15,S-202T,833ET,15D2-13,502AT,15D2-11,234NT-4-R200H42G,204CT,CT,6D2-22,ZD056,15D2-08,202AP-2,473CT,203AT,103AT-11,ZS1033U,203AT-11,203AP-2,E-183,ZD SERIES,5D2-15,5D2-13,103AT-2、3,5D2-14,5D2-11,104NT-4-R025H42G,E-501,5D2-10,ZS1033D,S-272T,Z2010U,1.5D2-15,402ET,5D2-18,ZS-D,ZD068,Z6120,103KT1608T,ZS1022U,4D2-18,10TP583T,103ETB,503ET,563CT,103NT-4-R025H41G,103NT-4-R□□□H□□G,Z2 SERIES,103ET□□-□□,502NT-4-R025H39G,S-301T,ET,ZS1022D,S-152,S-153,502AT-11,Z6015,S-272,Z6018,Z6U,Z6012,4D2-11,4D2-13,4D2-15,4D2-14,Z6150U,203CT-4,104CT-90113,10D2-08,503CT-91027,105NT-4-R025H46G,10D2-07,513CT,10D2-05,103FT1005D5P,16D2-07,FT,10D2-10,16D2-13,16D2-14,Z2100,16D2-15,Z6027,20D2-11,S-183,403ET,16D2-10,16D2-11,Z6022,234ET,4D2-22,223FΜ5183,364FT1005A5P,E-272,E-153,562CT,E-152,10D2-18,5D2-05,ZS-U,10D2-15,504NT-4-R025H45G,S-153T,10D2-14,10D2-13,104NT-4-R025H43G,103AP-2,10D2-11,252CT-4,S-152T,20D2-05,5D2-08,202AT-11,113CT-4,Z6039,5D2-07,103JT,Z6033,20D2-08,502AT-2,ZS1015,ZS1018,Z6100U,ZS1012,512CT,113CT,204AP-2,E-701,E-822,212ET,□□□AP-2-□,Z2,Z6047,Z2120,Z6,1D2-22,S-123,204NT-4-R025H43G,1D2-15,1D2-13,Z6082U,103CT-4,852NT-4-R050H34G,103AP-2-A,S-352,912CT,Z2012,912CT-4,Z2018,104JT,Z2015,47D2-18,Z6056,Z6039U,ZS,203NT-4-R025H42G,Z6015U,Z6027U,103AT-□-FT,ZS1039,ZS1033,ZS1047U,S-352T,JT,E-123,3D2-15,3D2-11,102AT-2,204CT-4,Z2022,3D2-14,ZS1047D,NC-□□,Z2027,Z2012U,3D2-10,12D2-14,S-822,Z6018U,12D2-13,513CT-4,Z6068,12D2-15,ZS1012U,ZS1027,Z2033U-52Z,ZS1022,12D2-10,223FΜ3122,12D2-11,E-352,KT,103ET,S-501T,Z6U SERIES,3D2-22,223FΜ□,202AT-2,Z2033,Z2039,□102□,ZS1012D,232AP-2,224ET,104AP-2,12D2-07,Z2150,203AT-2,Z6082,Z6120U,103CI-21048,503FT1005B5P,E-102,5D2-11LT3C,E-101,503AP-2,E-103,Z2047,S-562,CT SERIES,22D2-07,S-202,Z2018U,104KT1608T,Z6022U,ZS1047,E-452,ZS1018U,Z6 SERIES,103CT,104ET,S-123T,102AT,Z2056,102AT-11,KT SERIES,5D2-11LCTR,ZS1018D,562CT-4,104CT-4,103KT1608T-□□,Z6047U,8D2-11,8D2-10,ZS1027U,ZS1015U,NT,512CT-4,364FT0603A5P,503FT1005A5P,E-562,S-102T,S-562T,S-223T,2D2-13,NT-4,2D2-11,ZS1039U,2D2-10,8D2-18,8D2-13,E-202,4.7D2-15,103JT-□□□,8D2-15,103NT-4-R025H34G,4.7D2-13,8D2-14,Z2068,493NT-4-R100H40G,103CT-□□□,ZS1015D,2D2-15,2D2-14,252CT,Z2180,ZS1039D,582ET,ZS1027D,S-103,S-101,S-102,S-223,Z6012U,103CT-21048,103AT-5,103AT-4,S-452T,8D2-07,103AT,S-101T,104CT,S-452,Z2015U,203ET,502AP-2,ZD015,ZD018

选型指南  -  SEMITEC  - 2019-08-30 PDF 英文 下载

Silicon Labs(芯科科技)传感器选型指南

目录- sensor Product Introdution    OPTICAL SENSORS/RELATIVE HUMIDITY AND TEMPERATURE SENSORS/TEMPERATURE SENSORS    SENSOR-PUCK sensor IoT system   

型号- IRMFB-EK,SI 1146-A10-GMR,SI 1142-A11-GMR,SI1140DK,SI7054-EVB,SI 1143-A11-GMR,SI7013-A20*,SI 1147-A10 -GMR,SI7013USB-DONGLE,SI7020-A20,SI7021-A20,SI 1141-A11-YM0R,SI7050-A20,SI 1141-A11-GMR,SI7055-EVB,SI7053-EVB,UVIRSLIDER2EK,SI700X,SI7022-A20,SI 1143-A11-YM0R,SI7050-EVB,SI114X,SI7053-A20,SI7023-A20,SI7006-A20,SI7022-23-EVB,SI 1102-A-GMR,SI1102EK,SI 1142-A11-YM0R,SI1145-A10-GMR,SI7054-A20,SI705X,SI7006-07-EVB,SI1132,SI701X,SI 1132-A10-GMR,SI7007-A20,SLSTK3201A,SI7055-A20

选型指南  -  SILICON LABS  - 2018/6/13 PDF 英文 下载

七芯中创精度可达0.1°C的SOP8封装单总线工业级数字温度传感器,可完全替代进口DS18B20、DS18B20Z、DS18B20U

描述- 北京七芯中创科技有限公司成立于2009年,由留日归国的中科院“百人计划”博导阎跃鹏先生创立。拥有科研院所和上市公司参股的强大背景,及业内资深专家和国际硕博人才所组成的研发团队,自主研发专利四十余项,斩获2000万销售市场。专注于智能集成化/高精度/低成本的核心传感器芯片设计、研发和制造;提供各类传感器相关的电子信息解决方案及微系统应用推广。

型号- QT18H20Z,QT18H20,QT18B20系列,QT18B20S,QT18B20U,QT18E20,QT18B20,QT18B20M,DS18B20U,QT18H20+,DS18B20Z,QT18B20Z,DS18B20

商品及供应商介绍  -  七芯中创  - 2021 PDF 中文 下载

数据手册  -  中科银河芯  - V2.0  - July 2022 PDF 中文 下载

物联网传感器市场未来五年的复合年增长率将达到16%,圣邦微可提供模拟和数字两大温度传感器系列产品和选型方案

作为物联网解读外界的“感官”,传感器无处不在。作为长期深耕温度传感器领域的专业厂商,圣邦微电子目前拥有模拟和数字两大温度传感器系列,累计十余款产品。随着集成温度传感器生产成本的降低,上述产品已经在越来越多的领域中得到广泛应用。

原厂动态    发布时间 : 2023-07-20

TE Connectivity(泰科TE)传感器解决方案- 消费电子

描述- TE Connectivity(TE)是全球领先的连接器和传感器公司之一,对Measurement Specialties Inc. 的收购显著扩大了TE在传感器领域的产品来源。TE的一系列传感技术应用广泛,服务于包括消费电子在内的多个行业。我们与工程师紧密合作,帮助客户实现从概念到产品的转化。TE重新定义了适应严苛环境的智能、高效、高性能的产品和解决方案的可能性。

型号- MS5607,MS5805,DPL/DPN,LDTC,HS1101LF,KMA36,SDT1,HTF3000LF,MS4515DO,MS5541,KMT36H,KMT32B,TSEV,CM-01,FX19,FC22,DT1,MS32,ELM-4000,MS5837,MS5637,MS4426,FLDT1,MS5611,FS20,MS4525DO,HTG351XCH,MS8607 MS4425,HTU2X,EPM-4001,KMY,KMZ,MS5525DSO,TSYS

应用及方案  -  TE CONNECTIVITY  - 2017年2月 PDF 中文 下载

中科银河芯携新品传感器IC及技术解决方案亮相慕尼黑华南展,深耕消费电子增量市场,质量比肩国际

作为国内领先的温湿度传感器厂商之一,中科银河芯携先进的传感器IC技术解决方案登场。展会上,中科银河芯分享了包括温度传感器、温湿度传感器、单总线存储芯片等一系列环境传感器IC全新方案。

原厂动态    发布时间 : 2022-11-24

GX112X High-Accuracy, Low-Power, Digital Temperature Sensor With SMBusTM- and I²C-Compatible Interface

型号- GX112XE-T&R,GX112XN-T&R,GX112X SERIES,GX112XJ-T&R,GX112XK-T&R,GX112XP-T&R,GX112XF-T&R,GX112XC-T&R,GX112XO-T&R,GX112XG-T&R,GX112X,GX112XE,GX112XF,GX112XC,GX112XD,GX112XA,GX112XB,GX112XB-T&R,GX112XH-T&R,GX112XL-T&R,GX112XD-T&R,GX112XO,GX112XA-T&R,GX112XP,GX112XM,GX112XN,GX112XK,GX112XL,GX112XI,GX112XJ,GX112XM-T&R,GX112XG,GX112XI-T&R,GX112XH

数据手册  -  中科银河芯  - V2.0  - August 2022 PDF 中文 下载

【产品】12位分辨率高精度双引脚数字脉冲输出温度传感器GX0011,测温误差<±1℃,可替代NTC热敏电阻

中科银河芯GX0011全集成数字式温度传感器,无需任何外部感温单元即可实现12位(0.0625℃)温度输出。采用DFN-2和TO-92S封装,可直接替代NTC热敏电阻,并且使用更为简单,可实现全温范围内高精度温度测量。

产品    发布时间 : 2022-10-15

Littelfuse(力特)传感器产品选型指南(英文)

目录- Company Introduction    Magnetic Sensing Introduction    Temperature Sensing Introduction    Electronic Sensor Applications    Reed Switches    Reed Sensors    Reed Relays    Hall Effect Sensors    Magnetic Actuators    Leaded Thermistors    Surface Mount Thermistors    Power Thermistors    Leaded RTDs and Digital Temperature Indicators    Thermistor Probes and Assemblies    RTD Probes and Assemblies   

型号- H-40,MACD-14,PR,H-41,PS,PT,PW,H-48,PX,57065,57060,HE721A1200,59125,MLSM-4,HE3321C0500,59050-1,H-31,AC,HE3351A0500,57070,MLSM-3,H-33,H-32,JSP12840,H-35,59050-2,H-34,57075,H-36,59135,USW3866,59250,59010,59251,RA,HE721A2400,RB,SETP™,HE3321A2400,HE751A0500,USP7570,USP4065,BC,HE722A0500,USP8798,PPG,59022,59025,USP11493,59145,59140,USP11491,M,USP11492,59021,59020,59141,USW2883,SB,SC,MDSM-DT,55100,HE721C0500,59045-1,SM,TO-220,HE721E1200,MDCG-4,ST,H-420,H-58,59030,59150,TC,55110,HE721E2400,DC,USP7765,JSP12755,USP7766,59166,59165,59040,USP12755,USUR1000,H-315,USW2295,USP7537,59170,USP16673,USW2299,55250,MISM-7,HE721R0500,USP4261,USP18967,59060,HE721B2400,USP9728,MDSM-10,USP3986,DRS-DTH,59065,55140,MDSM-4,WM,MVSR-20,MRPR-20,59070,USP8528,USW3483,HE721B1200,GL,59630,GQ,GR,GS,GT,FLEX-14,59075,HE3321C1200,HE3321A0400,HE3621A0500,USP6998,HE751A1200,DO-34,HM,DO-35,59085,59086,57105,HE3321C2400,USP14579,MDSR-10,IC,USP12838,USP3121,DO-41,USP12836,USP12837,HE751A2400,HE3351A2400,59090,HE722A1200,MDSR-7,HE721A0500,USP17957,JL,JM,HE722A2400,HE3351A1200,USP10680,59300,DRS-50,57125,KC,55505,HE721C2400,USP3021,HE721E0500,KR,KS,KT,KW,55075,KX,57135,LC,USP12840,USUG1000,USP3275,HE721C1200,MASM-14,LR,57141,57020,57142,57022,USP7806,57140,CM-1,USP10973,USP10976,USP10975,HE721R1200,57145,57025,USP10972,USP10978,USP10979,MM,USP5510,59210,57150,57030,HE721R2400,MLRR-4,MLRR-3,HA15-2,HE721B0500,57045,57040,55300,USP14439,USP10997,59105,HE3621A1200,HE3321A1200,USP6295,MITI-7,57050,55310,USP12920,MDRR-DT,USP10981,USP10982,PI,HE3621A2400,H-625

选型指南  -  LITTELFUSE  - v1019  - 2019/11/12 PDF 英文 下载

GX1832 单线通信的高精度双引脚数字温度传感器

型号- GX1832,GX1832WS,GX1832WS-BU,GX1832D-T&R,GX1832D,GX1832S,GX1832S-BU

数据手册  -  中科银河芯  - V1.0  - October 2022 PDF 中文 下载

【视频】中科银河芯2mm*2mm低压工业温度传感器,最高精度可达±0.1°C

型号- GX1820,TMP112,GX75C,GXHT30A,GX18B20UH,GX2430,GXT112,GX3200,GX3201,GXHT30B,GX28E17,GXHT30C,GX1822,GX112,GXTS04,GXTS03,GX30H05,GX21M15,GX28E01P,GX1831,GXHT3W,GX75C系列,GXTS02S,GX74,GX175,GX18B20SW,GXT103,GX20ME04,GX18E20,GX2431Q,GX2431S,GX18B20SH,GX18B20S,GX18B20U,GX18B20W,GX2413P,GX18B20H,GXT451,GX2413D,GXTHNB01,GXHT3L,GX18B20Z,GXHT01,GXE00,GXT122,GX28E01D,GX2505,GXHTC3,GXHT30,GX18B20,GX20MH01,GXHT31

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品牌:SILICON LABS

品类:开发工具

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品类:temperature sensor

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品类:temperature sensor

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品牌:SILICON LABS

品类:Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor

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品牌:SILICON LABS

品类:Light Sensor

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品类:temperature sensor

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品牌:格科微

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品牌:ONSEMI

品类:图像传感器

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品牌:TI

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品类:温度传感器

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品牌:中科银河芯

品类:温度传感器

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品牌:中科银河芯

品类:温度传感器

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温度传感器定制

可定制温度范围-230℃~1150℃、精度可达±0.1°C;支持NTC传感器、PTC传感器数字温度传感器、热电堆温度传感器的额定量程和输出/外形尺寸/工作温度范围等参数定制。

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压力传感器定制

可定制板装式压力传感器支持产品量程从5inch水柱到100 psi气压;数字输出压力传感器压力范围0.5~60inH2O,温度补偿范围-20~85ºС;模拟和数字低压传感器可以直接与微控制器通信,具备多种小型SIP和DIP封装可选择。

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