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溫度問題為您解決(四)環境溫度監測

2019-10-31 來源:EEWorld

在前三篇文章中,我們已經就溫度傳感器的基本原理以及如何監測電路板溫度進行了介紹。在許多應用中,環境空氣溫度監測對于控制環境條件或確保安全操作條件至關重要。準確快速地測量環境溫度通常面臨挑戰,因為傳感器可能不會完全暴露于外部環境并可能受到系統中其他組件的自發熱影響。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,可實現更快的熱響應。


精確測量環境溫度的布局注意事項


使用表面貼裝器件來測量環境溫度可能具有挑戰性,因為來自其他高耗電電子元件的熱傳遞會影響傳感器的溫度讀數。


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要精確測量環境溫度,必須采用良好的布局方法,例如了解主要的導熱路徑、隔離傳感器封裝以及將器件放置在遠離干擾熱源的位置。下圖顯示了一種使用這些方法的簡單恒溫器設計。


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溫度傳感器恒溫器設計熱輻射和印刷電路板 (PCB) 布局


在上圖中,系統自發熱產生的被動氣流在溫度傳感器A上方吸入外部空氣。傳感器放置在遠離主要熱源(中央處理單元)的進氣口處,并經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。


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在測試板上輻射的熱量


如果將組件放置在外殼內,則熱量分布可能更加集中。請記住應將溫度傳感器遠離熱源放置,從而避免在露天場景中和外殼內出現錯誤的溫度讀數。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。


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如果傳感器靠近熱源,最好創建一個隔離島,并最大限度增加傳感器與熱源之間的氣隙。氣隙越大,環境溫度測量結果越好。然而,當傳感器離得更遠時,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時間。


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槽寬為 0.8mm 時的散熱氣隙


上圖顯示切口為 0.8mm 寬時的溫度讀數大約為 38.5°C,而下圖顯示切口為 1.8mm 寬時的溫度讀數大約為 35.5°C。這些圖像顯示了較大的隔離間隙如何影響環境溫度讀數。


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槽寬為 1.8mm 時的散熱氣隙


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隔離島 PCB 布局


在設計溫度傳感器的 PCB 時,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計,其中在安裝溫度傳感器的區域周圍有穿孔。


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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;隔離島的熱質量越小,熱響應就越好。這些設計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用中,請考慮使用溫差設計。這種類型的設計在高溫組件旁邊增加了額外的傳感器,然而,這種設計需要關于 ΔT 與環境溫度之間相關性的模型,且該模型將根據系統應用而變化。溫差設計會考慮自發熱的影響,從而提供更準確的算法來估算環境溫度。


器件建議


TMP112 和 TMP116 是專為諸如環境監測和恒溫控制之類的高精度、低功耗應用而設計的數字溫度傳感器。TMP112 在 0°C 至 65°C 范圍內的精度為 ±0.5°C,而TMP116 在 -10°C 至 85°C 范圍內的精度為 ±0.2°C。


這兩款溫度傳感器都具有高線性度,無需校準,并具有可編程警報功能。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。


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溫度問題為您解決(一)溫度傳感基本原理


溫度問題為您解決(二)系統溫度監測


溫度問題為您解決(三)高性能處理器模溫監測

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