关键要点:
・温度传感器是测量温度的传感器。
・温度传感器的种类繁多。
・温度传感器IC根据输出方式可分为模拟输出型和数字输出型两类。
・部分温度传感器IC除输出温度数据外，还具有附加功能。
本文我们将介绍生活中常见的传感器——温度传感器。温度传感器的测量方式和种类非常多样，这里我们将重点介绍温度传感器IC。
什么是温度传感器
顾名思义，这是测量温度的传感器，可以将温度转换为电压或电阻值等。比较贴近生活的例子有温度（气温）计、体温计、水温（热水温度）计等。其基本用途在于测量需要控制温度之处的温度，并进行温度调节等。
温度数据在物联网领域也被广泛使用。当然也会用于温度控制，但更多的可能是分析温度与状态或状况之间的关系并加以利用，例如通过适时获取温度数据用作异常检测的信息等。
温度传感器的种类
正如前文所述，温度传感器的种类繁多。因此，其分类也会因视角不同而有所差异。下图为业界常用的分类方法。由于种类多样，因此仅列举了主流传感器。
以下汇总了各类传感器的概况。
| 温度传感器IC | 利用了晶体管和二极管温度特性进行测温传感器。有模拟输出（电压）和数字输出两种类型。由于采用IC设计，使用简便，其中数字输出型还易于与微控制器通信。除温度测量外，此类传感器还具备恒温控制功能和适用于便携设备的省电模式等多样化的附加功能。 |
|---|---|
| 热电阻 | 利用铂、镍、铜等热电阻的电阻值随温度几乎呈线性增长的特性进行测温。铂具有很高的稳定性和线性度，可在很宽的温度范围内实现高精度测量，也被称为“RTD（Resistance Temperature Detector）”。 |
| 热敏电阻 | 利用半导体的电阻-温度特性进行测温。体积小、灵敏度高，但线性度是个问题。有NTC（Negative Temperature Detector）和PTC（Positive Temperature Detector）两种，但通常用于温度测量的是NTC热敏电阻。该类传感器被广泛应用于智能手机的过热检测、冰箱和空调的温度控制等大小不同的各类设备中。 |
| 热电偶 | 将两种金属线的端部接合后，利用接合部产生的热电效应（塞贝克效应）来测量温差。热电偶有多种类型，其主要类型的特性由JIS标准进行规定。此类传感器可实现-200℃～+1700℃的超宽温度范围测量，在工业领域应用广泛。 |
| 双金属 | 由热膨胀系数不同的两片金属板粘合而成，其典型用途之一是根据温度可以实现开关自动切换开启和关闭的恒温器。该类传感器也被归类为膨胀式温度传感器的范畴。 |
| 压力式和膨胀式 | 压力式是利用了液体或饱和蒸汽的压力随温度变化的特性进行测温的传感器（温度计）。其中比较常用的液体是水银。 膨胀式适用于玻璃液体温度计（例如寒暑表）等场景。通过因温度上升引起的液体体积变化，读取毛细管内的液面位置。 |
| 热式 | 一种辐射温度计，通过电阻变化、热电效应和热释电效应等将传感器器件受到红外线后的温度变化转换为电信号输出。 |
| 量子式 | 一种辐射温度计，将传感器器件受红外光量子直接激发后产生的电阻或电压等的变化转换为电信号输出。 |
温度传感器IC的实际示例
温度传感器IC是利用晶体管和二极管随温度而变化的特性进行测温的传感器，其IC芯片上集成了传感器部分、检测和输出所需的基准电压源、放大器、附加功能以及数字接口等。温度传感器IC主要测量该IC安装位置或其附近的环境温度。
温度传感器IC根据输出方式可分为模拟输出型和数字输出型两类。
●模拟输出型温度传感器IC
以简单的模拟输出型温度传感器IC BD1020HFV为例，其基本规格、框图以及输出vs测温曲线如下所示。
BD1020HFV
- 线性（模拟）输出温度传感器
- 工作电压范围：2.4V～5.5V
- 温度灵敏度：－8.2mV/℃（typ）
- 精度：±1.5℃ ＠Ta=30℃
- 低消耗电流：4.0μA（typ）
- 检测温度范围：－30℃～＋100℃
如框图所示，该IC由温度传感器部分、内部电源（REGULATER）以及用于输出电压的缓冲放大器组成，结构简洁。这是温度传感器IC的基本结构，以此为核心开发出了具有附加功能的衍生产品。从曲线中可以看出，该温度传感器IC的输出具有较高的线性度，其优点是精度高，无需校正且易于使用。
该IC采用表贴型封装，体积小，其背面中央的金属焊盘和框图的PG引脚是一体的。焊盘上安装了IC芯片，原则上可以输出该焊盘的温度。因此，PC引脚连接至需要测温的位置或其附近。
通常，在应用中显示或记录测量值本身时，需要通过AD转换器等将模拟电压进行数字化处理，再换算成温度。如果微控制器上配置了模拟端口和AD转换器，则可能可以直接连接该IC的输出端。
●数字输出型温度传感器IC
数字输出型温度传感器IC将测温数据以数字信号的形式输出。以配备双线式串行接口的BH1900NUX为例进行说明。
BH1900NUX
- 数字输出型温度传感器
- 电源电压范围：2.7V～3.6V
- 温度精度（－20℃～＋85℃）：±3.0℃
- 工作电流：75μA（Typ）
- 关断电流：1μA（Typ）
- 工作温度范围：－30℃～＋95℃
BH1900NUX是一款配备了双线式串行接口的数字型温度传感器IC。框图中的Temperature Sensor部分与前文介绍的模拟输出型温度传感器IC基本相同，配备了用于数字化处理的AD转换器（ADC）、控制逻辑以及用于连接Host（微控制器等）的串行接口。采用小型封装设计，可以安装在需测温位置的附近。
ALERT引脚是该IC中配备的附加功能——恒温模式的输出。如果温度超过设定的阈值，可以输出标志信号。
BD1020HFV和BH1900NUX已被用于ROHM传感器评估套件的温度传感器模块中，欢迎进行验证。
