接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差。
常用的非接触式温度传感器基于黑体辐射的基本定律,其敏感元件与被测对象互不接触,可用来测量运动物体、小目标和热容量小或瞬变对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。
按元件材料可将温度传感器分为热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器四类[11]。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境,而且结实、价低,无需供电,也是最便宜的。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成,当热电偶一端受热时,热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。不过,电压和温度间是非线性关系,温度由于电压和温度是非线性关系,因此需要为参考温度(Tref)作第二次测量,并利用测试设备软件或硬件在仪器内部处理电压-温度变换,以最终获得热偶温度(Tx)。简而言之,热电偶是最简单和最通用的温度传感器,但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。
热敏电阻是用半导体材料, 大多为负温度系数,即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变,因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差,并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。
热敏电阻体积非常小,对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源,小尺寸也使它对自热误差极为敏感。
热敏电阻的测量有较好的精度, 可测温度范围小于热电偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ,每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的,但必须注意防止自热误差。
数字式温湿度传感器是能把温度物理量,通过温度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器。其数字信号端口有RS232、单总线、CAN总线等形式。
温度传感器作为传感器市场的重要组成部份,在温度测量与控制、温度补偿、紫外光和红外光测量、微波功率测量等方面有着广泛的应用。在彩电、电脑彩色显示器、切换式电源、热水器、电冰箱、厨房设备、空调、汽车等领域有着举足轻重的地位。
温度传感器在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度传感器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的发展。
1.3 课题的主要工作
本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度检测系统。利用数字温度传感器DS18B20,进行实时温度检测。
主要工作如下:
1. 设计C8051F020时钟电路、复位电路。
2. 设计DS18B20测温电路。
3. 设计LCD1602显示电路。
4. 设计蜂鸣器报警电路。
5. 设计按键电路。
6. 编写程序。
1.4 课题的设计目的