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[分享] 温度问题为您解决(四)环境温度监测

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发表于 2019-10-31 09:33 | 显示全部楼层 |阅读模式

在前三篇文章中,我们已经就温度传感器的基本原理以及如何监测电路板温度进行了介绍。在许多应用中,环境空气温度监测对于控制环境条件或确保安全操作条件至关重要。准确快速地测量环境温度通常面临挑战,因为传感器可能不会完全暴露于外部环境并可能受到系统中其他组件的自发热影响。TI 的高精度、低功耗单通道和多通道温度传感器采用紧凑型封装,可实现更快的热响应。

 

精确测量环境温度的布局注意事项

 

使用表面贴装器件来测量环境温度可能具有挑战性,因为来自其他高耗电电子元件的热传递会影响传感器的温度读数。

image-20191031093322-1.jpeg

要精确测量环境温度,必须采用良好的布局方法,例如了解主要的导热路径、隔离传感器封装以及将器件放置在远离干扰热源的位置。下图显示了一种使用这些方法的简单恒温器设计。

 

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温度传感器恒温器设计热辐射和印刷电路板 (PCB) 布局

 

在上图中,系统自发热产生的被动气流在温度传感器A上方吸入外部空气。传感器放置在远离主要热源(中央处理单元)的进气口处,并经过隔热以确保更精确的测量。

 

热辐射和 PCB 布局

 

必须首先了解哪些组件辐射最多的热量以避免在热源附近布线。下图是使用 Mentor Graphics 的 FloTHERM 热分析工具捕获的热感图像,其中显示了热源附近空气中的温度分布。

 

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在测试板上辐射的热量

 

如果将组件放置在外壳内,则热量分布可能更加集中。请记住应将温度传感器远离热源放置,从而避免在露天场景中和外壳内出现错误的温度读数。下表列出了各种热源温度下传感器和热源之间的建议距离。

 

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如果传感器靠近热源,最好创建一个隔离岛,并最大限度增加传感器与热源之间的气隙。气隙越大,环境温度测量结果越好。然而,当传感器离得更远时,间隙不能提供额外的屏蔽。但是,间隙可以改善传感器的热响应时间。

 

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槽宽为 0.8mm 时的散热气隙

 

上图显示切口为 0.8mm 宽时的温度读数大约为 38.5°C,而下图显示切口为 1.8mm 宽时的温度读数大约为 35.5°C。这些图像显示了较大的隔离间隙如何影响环境温度读数。

 

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槽宽为 1.8mm 时的散热气隙

 

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隔离岛 PCB 布局

 

在设计温度传感器的 PCB 时,采用良好的布局方法非常重要。上图显示了具有隔离岛的 PCB 布局以及轮廓布线,而下图显示了一种替代设计,其中在安装温度传感器的区域周围有穿孔。

 

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穿孔的 PCB 布局

 

在这两块小型电路板上,尺寸极小,只能部署传感器和旁路电容器;隔离岛的热质量越小,热响应就越好。这些设计极大地减少了来自其他组件的热传递量。

 

温差

 

在需要更高测量精度的应用中,请考虑使用温差设计。这种类型的设计在高温组件旁边增加了额外的传感器,然而,这种设计需要关于 ΔT 与环境温度之间相关性的模型,且该模型将根据系统应用而变化。温差设计会考虑自发热的影响,从而提供更准确的算法来估算环境温度。

 

器件建议

 

TMP112 和 TMP116 是专为诸如环境监测和恒温控制之类的高精度、低功耗应用而设计的数字温度传感器。TMP112 在 0°C 至 65°C 范围内的精度为 ±0.5°C,而TMP116 在 -10°C 至 85°C 范围内的精度为 ±0.2°C。

 

这两款温度传感器都具有高线性度,无需校准,并具有可编程警报功能。TMP112 采用紧凑的 1.60mm x 1.20mm小外形晶体管 (SOT)-563 封装,而 TMP116 采用 2mm x 2mm 超薄小外形无引线 (WSON) 封装。

 

点击这里,快速定位TI模拟专栏,查看更多TI传感器类产品的最新、最全资料。同时,在未来的几篇文章中,我们会重点说明各种应用的设计注意事项,评估温度精度和应用尺寸之间的权衡,同时讨论传感器放置方法。

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