在前三篇文章中，我們已經(jīng)就溫度傳感器的基本原理以及如何監(jiān)測電路板溫度進(jìn)行了介紹。在許多應(yīng)用中，環(huán)境空氣溫度監(jiān)測對(duì)于控制環(huán)境條件或確保安全操作條件至關(guān)重要。準(zhǔn)確快速地測量環(huán)境溫度通常面臨挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鞲衅骺赡懿粫?huì)完全暴露于外部環(huán)境并可能受到系統(tǒng)中其他組件的自發(fā)熱影響。TI 的高精度、低功耗單通道和多通道溫度傳感器采用緊湊型封裝，可實(shí)現(xiàn)更快的熱響應(yīng)。
精確測量環(huán)境溫度的布局注意事項(xiàng)
使用表面貼裝器件來測量環(huán)境溫度可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閬碜云渌吆碾婋娮釉臒醾鬟f會(huì)影響傳感器的溫度讀數(shù)。
要精確測量環(huán)境溫度，必須采用良好的布局方法，例如了解主要的導(dǎo)熱路徑、隔離傳感器封裝以及將器件放置在遠(yuǎn)離干擾熱源的位置。下圖顯示了一種使用這些方法的簡單恒溫器設(shè)計(jì)。
溫度傳感器恒溫器設(shè)計(jì)熱輻射和印刷電路板 (PCB) 布局
在上圖中，系統(tǒng)自發(fā)熱產(chǎn)生的被動(dòng)氣流在溫度傳感器A上方吸入外部空氣。傳感器放置在遠(yuǎn)離主要熱源（中央處理單元）的進(jìn)氣口處，并經(jīng)過隔熱以確保更精確的測量。
熱輻射和 PCB 布局
必須首先了解哪些組件輻射最多的熱量以避免在熱源附近布線。下圖是使用 Mentor Graphics 的 FloTHERM 熱分析工具捕獲的熱感圖像，其中顯示了熱源附近空氣中的溫度分布。
在測試板上輻射的熱量
如果將組件放置在外殼內(nèi)，則熱量分布可能更加集中。請(qǐng)記住應(yīng)將溫度傳感器遠(yuǎn)離熱源放置，從而避免在露天場景中和外殼內(nèi)出現(xiàn)錯(cuò)誤的溫度讀數(shù)。下表列出了各種熱源溫度下傳感器和熱源之間的建議距離。
如果傳感器靠近熱源，最好創(chuàng)建一個(gè)隔離島，并最大限度增加傳感器與熱源之間的氣隙。氣隙越大，環(huán)境溫度測量結(jié)果越好。然而，當(dāng)傳感器離得更遠(yuǎn)時(shí)，間隙不能提供額外的屏蔽。但是，間隙可以改善傳感器的熱響應(yīng)時(shí)間。
槽寬為 0.8mm 時(shí)的散熱氣隙
上圖顯示切口為 0.8mm 寬時(shí)的溫度讀數(shù)大約為 38.5°C，而下圖顯示切口為 1.8mm 寬時(shí)的溫度讀數(shù)大約為 35.5°C。這些圖像顯示了較大的隔離間隙如何影響環(huán)境溫度讀數(shù)。
槽寬為 1.8mm 時(shí)的散熱氣隙
隔離島 PCB 布局
在設(shè)計(jì)溫度傳感器的 PCB 時(shí)，采用良好的布局方法非常重要。上圖顯示了具有隔離島的 PCB 布局以及輪廓布線，而下圖顯示了一種替代設(shè)計(jì)，其中在安裝溫度傳感器的區(qū)域周圍有穿孔。
穿孔的 PCB 布局
在這兩塊小型電路板上，尺寸極小，只能部署傳感器和旁路電容器；隔離島的熱質(zhì)量越小，熱響應(yīng)就越好。這些設(shè)計(jì)極大地減少了來自其他組件的熱傳遞量。
溫差
在需要更高測量精度的應(yīng)用中，請(qǐng)考慮使用溫差設(shè)計(jì)。這種類型的設(shè)計(jì)在高溫組件旁邊增加了額外的傳感器，然而，這種設(shè)計(jì)需要關(guān)于 ΔT 與環(huán)境溫度之間相關(guān)性的模型，且該模型將根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用而變化。溫差設(shè)計(jì)會(huì)考慮自發(fā)熱的影響，從而提供更準(zhǔn)確的算法來估算環(huán)境溫度。
器件建議
TMP112 和 TMP116 是專為諸如環(huán)境監(jiān)測和恒溫控制之類的高精度、低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度傳感器。TMP112 在 0°C 至 65°C 范圍內(nèi)的精度為 ±0.5°C，而TMP116 在 -10°C 至 85°C 范圍內(nèi)的精度為 ±0.2°C。
這兩款溫度傳感器都具有高線性度，無需校準(zhǔn)，并具有可編程警報(bào)功能。TMP112 采用緊湊的 1.60mm x 1.20mm小外形晶體管 (SOT)-563 封裝，而 TMP116 采用 2mm x 2mm 超薄小外形無引線 (WSON) 封裝。