温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。根据美国仪器仪表学会的调查，1990年，温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。50年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外温度传感器和微波温度传感器。人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系；工业生产自动化流程的温度测量点要占全部测量点的一半左右。

因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。

1.温度测量的基本概念

利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器，称之为温度传感器。温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

摄氏温标（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃，中间划分100等份，每等份为1℃。

华氏温标（℉）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32℉，水的沸点为212℉，中间划分180等份，每等份为1℉。

热力学温标（符号T）又称开尔文温标（符号K），或绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。

国际温标：国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为IPTS-68（REV-75）。但由于IPTS-68温度存在一定的不足，国际计量委员会在第18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过1990年国际ITS-90，ITS-90温标替代IPS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

2.温度传感器的分类

温度传感器有多种类型。按敏感元件和被测介质接触与否，可分为两种，即接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按照传感器材料及电子元器件特性，又可分为4种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。

此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯堡尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。

下面主要介绍两种典型的IC温度传感器。

（1）DS18B20

数字温度传感器DS18B20是世界上第一片支持单线接口的温度传感器。现在，新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55～+125℃。在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20温度传感器采用寄生电源供电方式（见图3-3）、强上拉供电方式（见图3-4）和外部供电方式（见图3-5）。

寄生电源方式特点如下：

1）进行远距离测温时，无须本地电源。

2）可以在没有常规电源的条件下读取ROM。

3）电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。

4）只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适于采用电池供电系统中。

图3-3 寄生电源供电方式

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图3-4 强上拉供电方式

在强上拉供电方式下可以解决电流供应不足的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。

外部电源供电方式是DS18B20温度传感器最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。

图3-5 外部供电方式的多点测温电路图

（2）AD7416

AD7416是美国模拟器件公司（ADI）出品的单片机温度监控系统集成电路。其内部包含有带隙温度传感器和10位A-D转换器，可将感应温度转换为0.25℃量化间隔的数字信号，以便用来与用户设置的温度点进行比较。AD7416片内寄存器可以进行高/低温度门限的设置。当温度超过设置门限时，过温漏极开路指示器（OTI）将输出有效信号。另外，可以通过I²C接口对AD7416的内部寄存器进行读/写操作，最多可允许8片AD7416挂接在同一个串行总线上。该温度传感器可广泛应用于数据采集系统中的环境温度监测、工业过程控制、电池充电以及个为计算机等系统。

AD7416的引脚和典型应用电路图，如图3-6和图3-7所示。

图3-6 AD7416引脚排列图

图3-7 AD7416典型应用电路图

引脚符号功能描述如下：SDA脚：串行数据输入、输出端；SCL脚：时钟信号输入端；OTI脚：过温漏极开路输出端；GND脚：接地端；A2脚：串行总线地址输入端；A1脚：串行总线地址输入端；A0脚：串行总线地址输入端；VDD脚：电源端。

AD7416在每次上电时的默认参数如下：TOUI设置为80℃、THYST设置为75℃；OTI采用比较方式工作；OTI输出低电平有效；故障排队长度设置为1。

这些默认值可使该温度传感器在不连接串行总线时用作自动调温器，图3-7所示就是AD7416作为自动调温器的典型应用电路原理图。当被测量的环境温度低于THYST时，3脚输出高电平，VT1导通，继电器吸合，加热器开始工作；当被测量的环境温度高于TOUI时，3脚输出低电平，将VT1的基极电位拉低以使其截止，继电器释放，加热器停止工作。

实际应用中应注意以下几个问题：

1）为防止环境干扰，AD7416的电源同地线之间要并接电容值大于0.1μF的钽电容。

2）AD7416的感温器件在芯片内部，因此芯片表面要被测物体紧密接触。

3）由于芯片自耗电的存在，AD7416工作时的自身温升约为0.2℃，所以在精确测温时应采取低功耗的工作方式。

4）OTI输出端的上拉电阻的阻值越大，流入AD7416的电流越小，其温升也越小，但上拉电阻最大不能超过30kΩ，通常选10kΩ。

5）与I²C兼容的接口总线在AD7416上电后就一直有效，因此在芯片处于休眠状态下仍可进行片内数据的读出和写入。