設計一種智能測溫裝置

1. 智能小車測溫原理

智能小車測溫原理

智能小車設計背景：
在科學探索和緊急搶險中經常會遇到對與一些危險或人類不能直接到達的地域的探測，這些就需要用機器人來完成。而在機器人在復雜地形中行進時自動避障是一項必不可少也是最基本的功能。因此，自動避障系統的研發就應運而生。我們的自動避障小車就是基於這一系統開發而成的。 意義 隨著科技的發展，對於未知空間和人類所不能直接到達的地域的探索逐步成為熱門，這就使機器人的自動避障有了重大的意義。我們的自動避障小車就是自動避障機器人中的一類。自動避障小車可以作為地域探索機器人和緊急搶險機器人的運動系統，讓機器人在行進中自動避過障礙物。 成員情況 本組三位成員均為2005級基地班學生，都選修過數字電路課程。 二、總體方案設計
1、設計要求
小車從無障礙地區啟動前進，感應前進路線上的障礙物後，根據障礙物的位置選擇下一步行進方向。並可通過兩個獨立按鍵對小車進行控速。

2、小車自動避障的原理


小車車頭處裝有三個光電開關，中間一個光電開關對向正前方，兩側的光電開關向兩邊各分開30度，（如右圖所示）。小車在行進過程中由光電開關向前方發射出紅外線，當紅外線遇到障礙物時發生漫反射，反射光被光電開關接收。小車根據三個光電開關接受信號的情況來判斷前方障礙物的分布並做出相應的動作。光電開關的平均探測距離為30cm。

3、模塊方案比較及論證
根據設計要求，我們的自動避障小車主要由六個模塊構成：車體框架、電源

2. （2014臨沂二模）如圖為伽利略設計的一種測溫裝置示意圖，足夠長玻璃管的上端與導熱良好的玻璃泡連通，

初始時玻璃泡中空氣，
壓強 P₁=P₀-ρgh₁=1.0×10⁵-1.0×10³×10×0.5=0.95×10⁵（Pa）
溫度 T₁=273+27=300K
外界氣溫變化為T₂時玻璃泡中空氣，
壓強 P₂=P₀-ρgh₂=1.0×10⁵-1.0×10³×10×0.4=0.96×10⁵（Pa）
由查理定理知：

3. 手持式紅外測溫儀的應用案例

熱風爐拱頂溫度的測量：
熱風爐拱頂是一種特殊的場合，拱頂溫度的測量既要解決被測目標的高溫、高壓問題、又要適應一年四季露天環境變化的要求。我們經過反復實踐改進，設計了一套帶有密封窗的專用保護裝置。其使用方法是將裝有保護裝置的紅外探頭，固定安裝在拱頂上原來插熱電偶的位置上，使探頭能通過密封窗口和熱電偶插孔，瞄準熱風爐內部，測得熱風爐拱頂的溫度，探頭信號經電纜送至安裝於控制櫃上的儀表箱處理後，顯示溫度值，並輸出4-20mA標准電流信號，送記錄儀或計算機進行處理。由於本系統的紅外探頭不接觸高溫目標，故具有穩定可靠，使用壽命長的特點，通常可以連續運行五年以上，可以減小熱電偶消耗，大大降低設備運行成本和維護工作量。
熱風管道內部溫度的測量：
本系統的測溫裝置與拱頂測溫系統基本相似，將配有保護裝置的紅外探頭安裝在熱風管道原來熱電偶的插孔上，將紅外探頭透過保護裝置的密封窗，再經原電偶的插孔，瞄準熱風管道內部，從而測得熱風管道內部的溫度。由於本系統的測溫探頭安裝在密封窗外邊，整個測溫系統與管內熱風完全隔離，故本系統在調換探頭或其它維護工作都可以在不影響管內熱風工作狀態的情況下進行。而原來常用的熱電偶必須在休風狀態下調換，加上熱電偶屬易耗品，損壞較頻繁。本測溫系統能減少熱電偶消耗，降低設備的運行成本。
爐前鐵水溫度的測量：
亞泰光電紅外測溫儀測量爐前鐵水的方法是：將裝有吹風套的紅外測溫探頭固定安裝在距鐵水5-15米的支架上，並且瞄準鐵水溝，對每爐鐵水進行連續掃瞄測量，其探頭測得的溫度信號接記錄儀列印溫度曲線或送計算機進行數據處理。本系統最大的優點就是能對每爐鐵水溫度進行自動連續測量，能有效避免人工插入測溫法帶來人為因素的影響。通過分析記錄的溫度曲線或其它計算機處理信息，能較真實地反映出每爐鐵水溫度的變化趨勢，直觀地讀出每爐的最高溫度，為生產管理和工藝改進提供有力的依據。該系統已有鄂鋼、首鋼等單位使用，並取得用戶的好評。

4. 簡述一種溫度感測器的測溫原理

智能溫度感測器是智能感測器配置溫度感測元件、低功耗元件，進行溫度採集和無線傳輸的一款智能感測器網路產品。它主要用在環境、醫療、製造業、化工、能源、氣象、倉儲、冷藏、冰櫃、恆溫恆濕生產車間、辦工場所等領域，採集監測點的溫度參數，通過無線方式上傳，可選電池、太陽能或外供電源等供電方式。

5. 紅外測溫儀

北京紅外時代是專業研發生產紅外測溫儀的，主要分手持式紅外測溫儀和固定式紅外測溫儀，距離系數從2:1到500:1。溫度范圍從-40--4000℃（分段實現）。最為成熟的產品有手持式TI213，TI315,固定式的有TI51F，TI41F，用於中高溫的測溫。其產品在窯爐，冶煉等熱處理行業有一定的知名度。 型號：TI315
產品概述：
測溫范圍寬，測量精度高
距離系數大，響應速度快
望遠鏡瞄準，使用方便可靠
替代高溫熱偶，節約生產成本
感應加熱過程的溫度測量

應用領域：
鋼鐵行業的連鑄、軋制過程中的溫度測量
有色金屬行業的熔煉、燒結、鑄造等的溫度測量
熱處理過程中的熔液、板材、線材的溫度測量
玻璃行業的熔池、熔液、拉絲、料滴的溫度測量

型號
TI315
TI315E

測量范圍
400℃ -- 1800℃
500℃ -- 3000℃

測量精度
讀數值的±1%或±1℃

重復精度
±0.5%或±0.5℃

距離系數
120：1

顯示解析度
1℃或1℉

顯示方式
4位LCD

功能
最大值/最小值/平均值/溫差值, 顯示保持,欠壓指示
上下限報警

發射率
0.1—1.00

響應時間
小於200ms/

瞄準方式
目視瞄準（可加激光瞄準）

工作波段
2.1—2.4μm

環境等級
Ip65

環境溫度
-10℃-- +60℃

相對濕度
10% RH -90%RH 不冷凝

電源
9V電池

儀器體積
185×200×50

儀器重量
600g

型號：TI51F
產品概述：TI41/51系列紅外測溫儀是把國防紅外探測技術（火箭燃氣測溫等） ，應用於工業領域的高科技產品。在鋼鐵、鋼絲、焦化、冶金、爐窯、化工、橡膠、塑料、玻璃、電力、
熱處理等行業已廣泛應用

功能特點：

● 帶目視瞄準且指示目標大小，高距離系數使對准目標更准確,可調焦
● 特殊光學設計，抗煙霧及抗水蒸氣能力強；
● 可選實時值、最大值、平均值測溫方式，輻射率連續可調；
● 功能強大，擴展能力極佳，數字智能儀表采 用高可靠性微處理器軟硬體技術平台，可聯網、報警組態及輸出，隔離型標准模擬輸出或數字輸出介面，帶環溫補償
● 極高的性價比

適用范圍
● 鋁質材料或表面光亮的低發射率材料
● 棒材、線材生產
● 熱處理及離子鍍膜
● 容器內小目標測量
● 熱軋帶鋼
● 熱軋無縫鋼管
● 其它中溫段測量

技術參數：

TI51F

測溫范圍
600-2000°C

允差
±1%（2）取最大值

重復性
±1°C

光學解析度
120：1/250：1

最小目標
5．0/2.5（mm）

發射率
0.1-1.00步長0.01

顯示解析度
1°C

瞄準方式
目視

有效測量距離
0.50～∞（m）

高低溫報警
√

最大最小平均值顯示
√

標配儀表響應時間
100ms

輸出介面
全隔離12bit模擬信號輸出:4～20mA

電源
AC200V±10%小於6瓦

尺寸
60×210 mm（測頭尺寸）
160×80×125mm（儀表尺寸）
96×96×125（儀表尺寸）

重量

選購配件
固定安裝架、三角架、水冷套、吹塵器
多種模式的擴展報警，微打介面，大顯示屏，記錄單元

6. 正在做一個紅外測溫設計的實驗，採用熱電堆感測器，它的測溫范圍是-5℃～80℃，在環境溫度23℃時，

難說。

感測器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，並能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
感測器的特點包括:微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。感測器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

7. 熱電偶溫度感測器測溫儀硬體系統的設計

集成溫度感測器AD590及其應用
摘 要:AD590是AD公司利用PN結構正向電流與溫度的關系製成的電流輸出型兩端溫度感測器,文中介紹了AD590的功能和特性,分析了AD590的工作原理,給出了採用AD590設計的...
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集成溫度感測器AD590及其應用
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主題: 有沒有數字電流表製作圖 ( 發布人:發布時間:2005-8-22 21:21:37 )
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溫度感測器，使用范圍廣，數量多，居各種感測器之首。溫度感測器的發展大致經歷了以下3個階段：
1.傳統的分立式溫度感測器（含敏感元件），主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。2.模擬集成溫度感測器/控制器。
3.智能溫度感測器。目前，國際上新型溫度感測器正從模擬式想數字式、集成化向智能化及網路化的方向發展。
溫度感測器的分類
溫度感測器按感測器與被測介質的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度感測器，一類是非接觸式溫度感測器。
接觸式溫度感測器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這是的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，並可測量物體內部的溫度分布。但對於運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。
非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測穩方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。
溫度感測器的發展
1.傳統的分立式溫度感測器——熱電偶感測器
熱電偶感測器是工業測量中應用最廣泛的一種溫度感測器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從-50~1600℃進行連續測量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測到-269℃，鎢——錸最高可達2800℃。

2.模擬集成溫度感測器
集成感測器是採用硅半導體集成工藝製成的，因此亦稱硅感測器或單片集成溫度感測器。模擬集成溫度感測器是在20世紀80年代問世的，它將溫度感測器集成在一個晶元上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。
模擬集成溫度感測器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。

2．1光纖感測器

光纖式測溫原理
光纖測溫技術可分為兩類:一是利用輻射式測量原理,光纖作為傳輸光通量的導體,配合光敏元件構成結構型感測器;二是光纖本身就是感溫部件同時又是傳輸光通量的功能型感測器。光纖撓性好、透光譜段寬、傳輸損耗低,無論是就地使用或遠傳均十分方便而且光纖直徑小,可以單根、成束、Y型或陣列方式使用,結構布置簡單且體積小。因此,作為溫度計,適用的檢測對象幾乎無所不包,可用於其他溫度計難以應用的特殊場合,如密封、高電壓、強磁場、核輻射、嚴格防爆、防水、防腐、特小空間或特小工件等等。目前,光纖測溫技術主要有全輻射測溫法、單輻射測溫法、雙波長測溫法及多波長測溫等
2.1.1 全輻射測溫法
全輻射測溫法是測量全波段的輻射能量,由普朗克定律:

測量中由於周圍背景的輻射、測試距離、介質的吸收、發射及透過率等的變化都會嚴重影響准確度。同時輻射率也很難預知。但因該高溫計的結構簡單,使用操作方便,而且自動測量,測溫范圍寬,故在工業中一般作為固定目標的監控溫度裝置。該類光纖溫度計測量范圍一般在600～3000℃,最大誤差為16℃。
2.1.2 單輻射測溫法
由黑體輻射定律可知,物體在某溫度下的單色輻射度是溫度的單值函數,而且單色輻射度的增長速度較溫度升高快得多,可以通過對於單輻射亮度的測量獲得溫度信息。在常用溫度與波長范圍內,單色輻射亮度用維恩公式表示:

2.1.3 雙波長測溫法
雙波長測溫法是利用不同工作波長的兩路信號比值與溫度的單值關系確定物體溫度。兩路信號的比值由下式給出:

際應用時,測得R(T)後,通過查表獲知溫度T。同時,恰當地選擇λ1和λ2,使被測物體在這兩特定波段內,ε(λ1,T)與ε(λ2,T)近似相等,就可得到與輻射率無關的目標真實溫度。這種方法響應快,不受電磁感應影響,抗干擾能力強。特別在有灰塵,煙霧等惡劣環境下,對目標不充滿視場的運動或振動物體測溫,優越性顯著。但是,由於它假設兩波段的發射率相等,這只有灰體才滿足,因此在實際應用中受到了限制。該類儀器測溫范圍一般在600～3000℃,准確度可達2℃。

2.1.4 多波長輻射測溫法
多波長輻射測溫法是利用目標的多光譜輻射測量信息,經過數據處理得到真溫和材料光譜發射率。考慮到多波長高溫計有n個通道,其中第i個通道的輸出信號Si可表示為:

將式(9)～(13)中的任何一式與式(8)聯合,便可通過擬合或解方程的方法求得溫度T和光譜發射率。Coates[8,9]在1988年討論了式(9)、(10)假設下多波長高溫計數據擬合方法和精度問題。1991年Mansoor[10]等總結了多波長高溫計數據擬合方法和精度問題。 該方法有很高的精度,目前歐共體及美國聯合課題組的Hiernaut等人已研究出亞毫米級的6波長高溫計(圖4),用於2000～5000K真溫的測量[11]。哈爾濱工業大學研製成了棱鏡分光的35波長高溫計,並用於燒蝕材料的真溫測量。多波長高溫計在輻射真溫測量中已顯出很大潛力,在高溫,甚高溫,特別是瞬變高溫對象的真溫測量方面,多波長高溫計量是很有前途的儀器。該類儀器測溫范圍廣,可用於600～5000℃溫度區真溫的測量,准確度可達±1%。

2.1.5 結 論
光纖技術的發展,為非接觸式測溫在生產中的應用提供了非常有利的條件。光纖測溫技術解決了許多熱電偶和常規紅外測溫儀無法解決的問題。而在高溫領域,光纖測溫技術越來越顯示出強大的生命力。全輻射測溫法是測量全波段的輻射能量而得到溫度,周圍背景的輻射、介質吸收率的變化和輻射率εT的預測都會給測量帶來困難,因此難於實現較高的精度。單輻射測溫法所選波段越窄越好,可是帶寬過窄會使探測器接收的能量變得太小,從而影響其測量准確度。多波長輻射測溫法是一種很精確的方法,但工藝比較復雜,且造價高,推廣應用有一定困難。雙波長測溫法採用波長窄帶比較技術,克服了上述方法的諸多不足,在非常惡劣的條件下,如有煙霧、灰塵、蒸汽和顆粒的環境中,目標表面發射率變化的條件下,仍可獲得較高的精度
2.2半導體吸收式光纖溫度感測器是一種傳光型光纖溫度感測器。所謂傳光型光纖溫度感測器是指在光纖感測系統中，光纖僅作為光波的傳輸通路，而利用其它如光學式或機械式的敏感元件來感受被測溫度的變化。這種類型主要使用數值孔徑和芯徑大的階躍型多模光纖。由於它利用光纖來傳輸信號，因此它也具有光纖感測器的電絕緣、抗電磁干擾和安全防爆等優點，適用於傳統感測器所不能勝任的測量場所。在這類感測器中，半導體吸收式光纖溫度感測器是研究得比較深入的一種。
半導體吸收式光纖溫度感測器由一個半導體吸收器、光纖、光發射器和包括光探測器的信號處理系統等組成。它體積小，靈敏度高，工作可靠，容易製作，而且沒有雜散光損耗。因此應用於象高壓電力裝置中的溫度測量等一些特別場合中，是十分有價值的。
B 半導體吸收式光纖溫度感測器的測溫原理
半導體吸收式光纖溫度感測器是利用了半導體材料的吸收光譜隨溫度變化的特性實現的。根據 的研究，在 20~972K 溫度范圍內，半導體的禁帶寬度能量Eg 與
溫度T 的關系為
"

3.智能溫度感測器
智能溫度感測器(亦稱數字溫度感測器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE_）的結晶。目前，國際上已開發出多種智能溫度感測器系列產品。智能溫度感測器內部包含溫度感測器、A/D感測器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和介面電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。
智能溫度感測器能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），並且可通過軟體來實現測試功能，即智能化取決於軟體的開發水平。

3.1數字溫度感測器。
隨著科學技術的不斷進步與發展，溫度感測器的種類日益繁多，數字溫度感測器更因適用於各種微處理器介面組成的自動溫度控制系統具有可以克服模擬感測器與微處理器介面時需要信號調理電路和A/D轉換器的弊端等優點，被廣泛應用於工業控制、電子測溫計、醫療儀器等各種溫度控制系統中。其中，比較有代表性的數字溫度感測器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
一、DS1722的工作原理
1 、DS1722的主要特點
DS1722是一種低價位、低功耗的三匯流排式數字溫度感測器，其主要特點如表1所示。
2、DS1722的內部結構
數字溫度感測器DS1722有8管腳m-SOP封裝和8管腳SOIC封裝兩種，其引腳排列如圖1所示。它由四個主要部分組成：精密溫度感測器、模數轉換器、SPI/三線介面電子器件和數據寄存器，其內部結構如圖2所示。

開始供電時，DS1722處於能量關閉狀態，供電之後用戶通過改變寄存器解析度使其處於連續轉換溫度模式或者單一轉換模式。在連續轉換模式下，DS1722連續轉換溫度並將結果存於溫度寄存器中，讀溫度寄存器中的內容不影響其溫度轉換；在單一轉換模式，DS1722執行一次溫度轉換，結果存於溫度寄存器中，然後回到關閉模式，這種轉換模式適用於對溫度敏感的應用場合。在應用中，用戶可以通過程序設置解析度寄存器來實現不同的溫度解析度，其解析度有8位、9位、10位、11位或12位五種，對應溫度解析度分別為1.0℃、0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃，溫度轉換結果的默認解析度為9位。DS1722有摩托羅拉串列介面和標准三線介面兩種通信介面，用戶可以通過SERMODE管腳選擇通信標准。
3、DS1722溫度操作方法
感測器DS1722將溫度轉換成數字量後以二進制的補碼格式存儲於溫度寄存器中，通過SPI或者三線介面，溫度寄存器中地址01H和02H中的數據可以被讀出。輸出數據的地址如表2所示，輸出數據的二進制形式與十六進制形式的精確關系如表3所示。在表3中，假定DS1722 配置為12位解析度。數據通過數字介面連續傳送，MSB（最高有效位）首先通過SPI傳輸，LSB（最低有效位）首先通過三線傳輸。
4、DS1722的工作程序
DS1722的所有的工作程序由SPI介面或者三匯流排通信介面通過選擇狀態寄存器位置適合的地址來完成。表4為寄存器的地址表格，說明了DS1722兩個寄存器（狀態和溫度）的地址。
1SHOT是單步溫度轉換位，SD是關閉斷路位。如果SD位為「1」，則不進行連續溫度轉換，1SHOT位寫入「1」時，DS1722執行一次溫度轉換並且把結果存在溫度寄存器的地址位01h(LSB)和02h(MSB)中，完成溫度轉換後1SHOT自動清「0」。如果SD位是「0」，則進入連續轉換模式，DS1722將連續執行溫度轉換並且將全部的結果存入溫度寄存器中。雖然寫到1SHOT位的數據被忽略，但是用戶還是對這一位有讀/寫訪問許可權。如果把SD改為「1」，進行中的轉換將繼續進行直至完成並且存儲結果，然後裝置將進入低功率關閉模式。
感測器上電時默認1SHOT位為「0」。R0，R1，R2為溫度解析度位，如表5所示（x=任意值）。用戶可以讀寫訪問R2，R1和R0位，上電默認狀態時R2=「0」，R1=「0」，R0=「1」（9位轉換）。此時，通信口保持有效，用戶對SD位有讀/寫訪問許可權，並且其默認值是「1」（關閉模式）。
二、智能溫度感測器DS18B20的原理與應用
DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之後最新推出的一種改進型智能溫度感測器。與傳統的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度並且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。可以分別在93.75 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量，並且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線介面）讀寫,溫度變換功率來源於數據匯流排，匯流排本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、解析度等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。
2DS18B20的內部結構
DS18B20採用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖1所示。

(1) 64 b閃速ROM的結構如下：�

開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最後8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以採用一線進行通信的原因。
(2) 非易市失性溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟體寫入用戶報警上下限。
(3) 高速暫存存儲器
DS18B20溫度感測器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E�2RAM。後者用於存儲TH，TL值。數據先寫入RAM，經校驗後再傳給E�2RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個位元組，他的內容用於確定溫度值的數字轉換解析度，DS18B20工作時按此寄存器中的解析度將溫度轉換為相應精度的數值。該位元組各位的定義如下：

低5位一直都是1，TM是測試模式位，用於設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數，即是來設置解析度，如表1所示（DS18B20出廠時被設置為12位）。�

由表1可見，設定的解析度越高，所需要的溫度數據轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在解析度和轉換時間權衡考慮。
高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個位元組組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2位元組）、TH和TL值第3，4位元組、第6～8位元組未用，表現為全邏輯1；第9位元組讀出的是前面所有8個位元組的CRC碼，可用來保證通信正確。�

當DS18B20接收到溫度轉換命令後，開始啟動轉換。轉換完成後的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2位元組。單片機可通過單線介面讀到該數據，讀取時低位在前，高位在後，數據格式以0�062 5 ℃/LSB形式表示。溫度值格式如下：�

對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。表2是對應的一部分溫度值。�

DS18B20完成溫度轉換後，就把測得的溫度值與TH，TL作比較，若T>TH或T<TL,則將該器件內的告警標志置位，並對主機發出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多隻DS18B20同時測量溫度並進行告警搜索。
(4) CRC的產生
在64 b ROM的最高有效位元組中存儲有循環冗餘校驗碼（CRC）。主機根據ROM的前56位來計算CRC值，並和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。�

3DS18B20的測溫原理
DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數晶振的振盪頻率受溫度的影響很小〔1〕，用於產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震盪頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振盪器產生的時鍾脈沖後進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振盪器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在�-55 ℃�所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用於補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用於修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。
另外，由於DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作必須按協議進行。操作協議為：初始化DS18B20（發復位脈沖）→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。

8. 熱電偶溫度感測器測溫儀硬體系統的設計

集成溫度感測器AD590及其應用
摘 要:AD590是AD公司利用PN結構正向電流與溫度的關系製成的電流輸出型兩端溫度感測器,文中介紹了AD590的功能和特性,分析了AD590的工作原理,給出了採用AD590設計的...
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集成溫度感測器AD590及其應用
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主題: 有沒有數字電流表製作圖 ( 發布人:發布時間:2005-8-22 21:21:37 )
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溫度感測器，使用范圍廣，數量多，居各種感測器之首。溫度感測器的發展大致經歷了以下3個階段：
1.傳統的分立式溫度感測器（含敏感元件），主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。2.模擬集成溫度感測器/控制器。
3.智能溫度感測器。目前，國際上新型溫度感測器正從模擬式想數字式、集成化向智能化及網路化的方向發展。
溫度感測器的分類
溫度感測器按感測器與被測介質的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度感測器，一類是非接觸式溫度感測器。
接觸式溫度感測器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這是的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，並可測量物體內部的溫度分布。但對於運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。
非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測穩方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。
溫度感測器的發展
1.傳統的分立式溫度感測器——熱電偶感測器
熱電偶感測器是工業測量中應用最廣泛的一種溫度感測器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從-50~1600℃進行連續測量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測到-269℃，鎢——錸最高可達2800℃。

2.模擬集成溫度感測器
集成感測器是採用硅半導體集成工藝製成的，因此亦稱硅感測器或單片集成溫度感測器。模擬集成溫度感測器是在20世紀80年代問世的，它將溫度感測器集成在一個晶元上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。
模擬集成溫度感測器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。

2．1光纖感測器

光纖式測溫原理
光纖測溫技術可分為兩類:一是利用輻射式測量原理,光纖作為傳輸光通量的導體,配合光敏元件構成結構型感測器;二是光纖本身就是感溫部件同時又是傳輸光通量的功能型感測器。光纖撓性好、透光譜段寬、傳輸損耗低,無論是就地使用或遠傳均十分方便而且光纖直徑小,可以單根、成束、Y型或陣列方式使用,結構布置簡單且體積小。因此,作為溫度計,適用的檢測對象幾乎無所不包,可用於其他溫度計難以應用的特殊場合,如密封、高電壓、強磁場、核輻射、嚴格防爆、防水、防腐、特小空間或特小工件等等。目前,光纖測溫技術主要有全輻射測溫法、單輻射測溫法、雙波長測溫法及多波長測溫等
2.1.1 全輻射測溫法
全輻射測溫法是測量全波段的輻射能量,由普朗克定律:

測量中由於周圍背景的輻射、測試距離、介質的吸收、發射及透過率等的變化都會嚴重影響准確度。同時輻射率也很難預知。但因該高溫計的結構簡單,使用操作方便,而且自動測量,測溫范圍寬,故在工業中一般作為固定目標的監控溫度裝置。該類光纖溫度計測量范圍一般在600～3000℃,最大誤差為16℃。
2.1.2 單輻射測溫法
由黑體輻射定律可知,物體在某溫度下的單色輻射度是溫度的單值函數,而且單色輻射度的增長速度較溫度升高快得多,可以通過對於單輻射亮度的測量獲得溫度信息。在常用溫度與波長范圍內,單色輻射亮度用維恩公式表示:

2.1.3 雙波長測溫法
雙波長測溫法是利用不同工作波長的兩路信號比值與溫度的單值關系確定物體溫度。兩路信號的比值由下式給出:

際應用時,測得R(T)後,通過查表獲知溫度T。同時,恰當地選擇λ1和λ2,使被測物體在這兩特定波段內,ε(λ1,T)與ε(λ2,T)近似相等,就可得到與輻射率無關的目標真實溫度。這種方法響應快,不受電磁感應影響,抗干擾能力強。特別在有灰塵,煙霧等惡劣環境下,對目標不充滿視場的運動或振動物體測溫,優越性顯著。但是,由於它假設兩波段的發射率相等,這只有灰體才滿足,因此在實際應用中受到了限制。該類儀器測溫范圍一般在600～3000℃,准確度可達2℃。

2.1.4 多波長輻射測溫法
多波長輻射測溫法是利用目標的多光譜輻射測量信息,經過數據處理得到真溫和材料光譜發射率。考慮到多波長高溫計有n個通道,其中第i個通道的輸出信號Si可表示為:

將式(9)～(13)中的任何一式與式(8)聯合,便可通過擬合或解方程的方法求得溫度T和光譜發射率。Coates[8,9]在1988年討論了式(9)、(10)假設下多波長高溫計數據擬合方法和精度問題。1991年Mansoor[10]等總結了多波長高溫計數據擬合方法和精度問題。 該方法有很高的精度,目前歐共體及美國聯合課題組的Hiernaut等人已研究出亞毫米級的6波長高溫計(圖4),用於2000～5000K真溫的測量[11]。哈爾濱工業大學研製成了棱鏡分光的35波長高溫計,並用於燒蝕材料的真溫測量。多波長高溫計在輻射真溫測量中已顯出很大潛力,在高溫,甚高溫,特別是瞬變高溫對象的真溫測量方面,多波長高溫計量是很有前途的儀器。該類儀器測溫范圍廣,可用於600～5000℃溫度區真溫的測量,准確度可達±1%。

2.1.5 結 論
光纖技術的發展,為非接觸式測溫在生產中的應用提供了非常有利的條件。光纖測溫技術解決了許多熱電偶和常規紅外測溫儀無法解決的問題。而在高溫領域,光纖測溫技術越來越顯示出強大的生命力。全輻射測溫法是測量全波段的輻射能量而得到溫度,周圍背景的輻射、介質吸收率的變化和輻射率εT的預測都會給測量帶來困難,因此難於實現較高的精度。單輻射測溫法所選波段越窄越好,可是帶寬過窄會使探測器接收的能量變得太小,從而影響其測量准確度。多波長輻射測溫法是一種很精確的方法,但工藝比較復雜,且造價高,推廣應用有一定困難。雙波長測溫法採用波長窄帶比較技術,克服了上述方法的諸多不足,在非常惡劣的條件下,如有煙霧、灰塵、蒸汽和顆粒的環境中,目標表面發射率變化的條件下,仍可獲得較高的精度
2.2半導體吸收式光纖溫度感測器是一種傳光型光纖溫度感測器。所謂傳光型光纖溫度感測器是指在光纖感測系統中，光纖僅作為光波的傳輸通路，而利用其它如光學式或機械式的敏感元件來感受被測溫度的變化。這種類型主要使用數值孔徑和芯徑大的階躍型多模光纖。由於它利用光纖來傳輸信號，因此它也具有光纖感測器的電絕緣、抗電磁干擾和安全防爆等優點，適用於傳統感測器所不能勝任的測量場所。在這類感測器中，半導體吸收式光纖溫度感測器是研究得比較深入的一種。
半導體吸收式光纖溫度感測器由一個半導體吸收器、光纖、光發射器和包括光探測器的信號處理系統等組成。它體積小，靈敏度高，工作可靠，容易製作，而且沒有雜散光損耗。因此應用於象高壓電力裝置中的溫度測量等一些特別場合中，是十分有價值的。
B 半導體吸收式光纖溫度感測器的測溫原理
半導體吸收式光纖溫度感測器是利用了半導體材料的吸收光譜隨溫度變化