数字温度计的重要设计考虑因素

本应用笔记介绍了数字温度计的类型以及热敏电阻和热电堆如何计算温度的基本概念。使用自然测数与查找表，设计人员为更快的计算和准确性所做的权衡，以及数字温度计所需的各种组件。

概述

医用温度计在以37°C为中心的小温度范围内测量人体温度。 在过去的10到15年中，数字温度计一直在取代汞棒温度计，因为新技术提供了更快，更方便的测量，以及传统温度计中汞对环境的危害。探头和耳型是市场上两种主要的数字温度计，镜腿和额头类型成为其他替代品。探头类型的使用方式与传统的水银棒温度计相同，可测量口腔、直肠或有时腋窝温度。耳型是非接触式温度计，测量从耳道辐射的红外能量。太阳穴和前额类型通常是接触式温度计，测量太阳穴或前额辐射的红外能量以确定体温。

测量

探头式温度计通常使用探头尖端的热敏电阻来测量温度。热敏电阻是一种电阻随温度变化的电阻器。分压器由一个热敏电阻和一个精密电阻串联组成，由一个基准电压驱动，在中点处进行单端测量，或在热敏电阻两端进行差分测量。有时在单独的电路中使用相同的精密电阻与相同的基准电压一起使用，以消除基准电压随时间漂移引起的误差。如果热敏电阻分压器电路和模数转换器（ADC）使用相同的基准电压，则不需要精密校准电阻。在这种情况下，基准电压从温度计算中消除，从而放宽了基准电压要求。

热敏电阻需要涉及自然对数的计算，这会消耗微控制器中的大量计算周期和代码空间。或者，可以使用查找表来计算温度，这种方法通常会导致更快的计算和更紧凑的代码。但是，在表的大小和表条目之间的插值误差之间进行权衡，其中增加表中的点数将减少插值误差。具有12位或更高位的ADC足以进行此测量，增益级是可选的，具体取决于测量范围和所需的精度。

图4.数字温度计的功能框图。

耳式温度计使用热电堆和热敏电阻来测量温度。热电堆由许多串联的热电偶组成，以增加输出电压。热电堆产生的输出电压与吸收的能量成比例。他们利用黑体辐射原理，即任何高于绝对零度的物体都会辐射能量;在这种情况下，正在测量红外光谱。来自耳道的红外辐射被聚焦并引导到热电堆上，热电堆的低电平电压输出被放大并由具有12位或更高分辨率的ADC转换。热敏电阻测量热电堆的冷端温度，热电堆和热敏电阻测量都用于计算体温。

镜腿和额头型温度计使用与耳式温度计相同的技术来测量红外辐射——它们只是从身体的不同位置测量红外辐射。一种专门的额头温度计，称为颞温度计，测量额头颞动脉的温度和环境温度，然后使用这些温度来计算体温。

数字温度计比水银温度计快得多。有时，热敏电阻会预热，使其更快地达到最终温度。通常，预测算法用于确定温度。该算法不是等待温度传感器完全稳定，而是根据测量周期开始时的响应和热敏电阻的特性预测最终温度。

电源管理

探头式温度计通常使用纽扣电池或两个纽扣电池，耳式温度计通常使用纽扣电池或两个AAA碱性电池。两种类型的温度计都可以直接从电池或升压开关稳压器运行，具体取决于所选的电路。

一些额头型温度计使用9V晶体管电池，因此需要降压开关稳压器或线性稳压器。低关断电流和在不使用时关闭开关稳压器的能力对于此应用中的长电池寿命至关重要。电压监控器可以监控电池，并在电池低于微控制器的安全工作电压时向微控制器提供复位。此外，ADC的额外输入可以测量电池，以便向用户发出警告，告知电池很快需要更换。

声音指示器

声音指示器用于指示温度计何时可以使用和/或测量何时完成。这通常是由单端或从微控制器的定时器输出差分驱动的蜂鸣器或蜂鸣器。

显示和背光

所有数字温度计都使用简单的LCD显示屏，可由带有集成驱动器的微控制器驱动。背光可以通过使用由分立 LED 驱动器驱动的单个白光 LED （WLED） 或电致发光 （EL） 片和驱动器来实现。

审核编辑：郭婷