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摘要：众所周知，温度是一个物体冷热程度的物理参数。它是生产过程中应用最广泛、最重要的物理参数之一。不但工农业生产，还有科研和国防军事等领域，都有温度测量及温度传感器的身影。因此，温度传感器是现代测试技术和工业生产中应用最广泛的传感器之一。本文从温度传感器智能化、小型化及轻量化的方向对温度传感器的发展进行了总结以及未来的展望。
关键词：智能型温度传感器 发展趋势 小型化及轻量化
温度传感器是最早开发，应用最广的一种传感器。最早的温度计是1593年由意大利伟大的科学家伽利略发明的。随着半导体技术的发展，20世纪相继开发出了热电偶、PN结、热敏电阻传感器。同时，根据波于物质的相互作用规律，相继开发出了声学温度传感器、红外传感器以及微波传感器。
随着社会经济的发展，生产技术以及人们生活水平的提高，温度传感器已经应用于生产生活的各个方面。
人们使用的各种家用电器，都有温度传感器的影子。如冰箱、空调、吹风机、热水器、洗衣机等等。特别是随着新冠肺炎全球肆虐，人们对便携式、非接触式红外温度测温仪的需求不断高涨。
汽车已经是我们生活中不可或缺的伙伴。温度传感器同样在汽车中发挥着重要作用。在汽车的电喷发动机系统、自动空调系统以及电动汽车的电池系统中，发动机热状态的测量、气体及液体温度的测量、动力电池温度的监控，都需要温度传感器来完成。因此车用温度传感器是必不可少的。
在工业制冷领域，食品运输领域、移动液压领域、工业发动机领域、风电领域、水处理领域以及船舶领域，温度传感器都发挥着不可替代的作用。
温度传感器由于用于生产生活的方方面面，其自身也在不断的发展进步。目前广泛用于工业的温度传感器基本分为两种，一种为热敏电阻型传感器，另一种为热电偶型传感器。大多数的工业温度传感器普遍采用模拟量输出。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器。典型产品如丹佛斯的MBT3270、MBT5250等电阻类输出传感器。另外，还可以根据客户需求，在传感器上集成PCBA将电阻信号转变为电流或者电压，如丹佛斯的MBT5560以及MBT5252传感器。
进入新世界以来，温度传感器的数字化得到了飞速发展。数字型温度传感器在模拟温度传感器的基础之上，增加了可编程的控制器，控制器包含A/D转化器，将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。同时在控制器中固化好算法以及相应的补偿算法。有的产品还带有多路选择器，中央控制器（CPU），随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。也可以在数字型温度传感器中加入低功耗CIC抽取滤波器，来降低数字型温度传感器的功耗。
数字型传感器早期采用8位A/D转换器，测温精度分辨率只能达到1℃，现在很多产品采用9~12位A/D转换器。其分辨率可达0.5~0.0625℃。数字型温度传感器的总线主要有单线总线、I2C总线、SMBus总线和SPL总线，其具有标准化和规范化特征，可以主机进行通信。
同时数字型温度传感器还有可拓展性即多功能的特点。可以增加实施日历时钟，完善使用功能。同时可以增加储存器储存记录测量信息，用户短信及指令功能。同时数字型温度传感器还具有更高的可靠性以及安全性。数字型温度传感器的抗干扰性远大于模拟型温度传感器。
有些数字型温度传感器还具有自诊断功能，当检测到出现故障时，会发出错误代码，这就大大降低了漏检故障的可能性。如法国Humirel公司的数字输出温湿度传感器HTU21D。
近十年来，移动互联网发展突飞猛进。AI即人工智能。人工智能（AI）语言是一类适应于人工智能和知识工程领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的计算机程序设计语言。能够用它来编写程序求解非数值计算、知识处理、推理、规划、决策等具有智能的各种复杂问题。
将AI技术与数字型温度传感器结合，利用AI技术特性，使之成为智慧型温度传感器。智慧型温度传感器与数字型温度传感器相比，具有如下优势：
对于被测介质的温度变化具有前瞻性。无论是模拟温度传感器还是数字型传感器，其测温的一个显著的特点就是温度变化的迟滞性。比如传统的PT热敏电阻，其在液体和空气的反应时间不同。就反应时间常数t0.5而言，在水中一般为0.05~0.1S，在空气中为3S。而在实际使用中，一般会对热面电阻用不锈钢或者黄铜外壳封装，内部用专用的胶用于减振及密封。故反应时间为热敏电阻本身的10倍以上，有的时候会达到50倍以上。
如果使用带有自主学习功能的智慧型温度传感器，可以通过设置相应的时间插值点，提前判断处所测介质的温度最大值。如果最大温度值超过警戒值，便可提前发出警报。这个功能还可以用来一种温度开关来使用。如果所测的介质温度处于无规律的变化过程中，智慧型温度传感器可以不断地学习及修正相应预测的最大值。
温度传感器的另一个发展趋势就是小型化，轻量化。
随着半导体的出现，已经相应的封装技术出现。温度传感器得到了非常大的发展。应用场景越来越多。以汽车举例，目前汽车的功能越来越多，有安全配置，如安全气囊，车道保持，自适应巡航等，有些电动汽车还拥有自动驾驶功能。这些先进的配置都需要各种各样的传感器来感测路面的信息。随着汽车的功能越来越多，需要的零件也就越来越多。但汽车的体积不会有太大的变化。多以就要求各种元器件具有小型化，轻量化的特点。
即使对于工业用的温度传感器，也符合这个趋势。小型化、轻量化不仅仅意味着安装的便利化，成本的节约化；还可以带来性能上的提高。以Danfoss公司的某款MBT3270为例，该传感器的保护套管直径仅为3毫米，这样大大提升了传感器的反应时间。如表
参考响应时间表
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根据传感器的设计和选择的感温元件，响应时间可能出现巨大差异
由表中可以看到，在相同的试验条件下，使用相同的电阻，直径是3mm的传感器的反应时间仅为普通直径为6mm的1/12。这是由于较小的直径，使得保护套管内的热敏电阻更加接近金属管壁。同时热敏电阻与金属管壁之间充值的绝缘胶变少，这些都加快了热敏电阻的响应速度。满足了顾客苛刻的性能要求。
薄膜温度传感器是基于薄膜技术发展起来的一种新型微传感器，其具有更小的体积、更短的热响应时间、更高的精度等特点，它可逐步替代传统机械加工的温度传感器，而且更能满足物体表面快速和小间隙等场所的温度测量要求。
通过使用MEMS加工技术即微型机电系统中一系列技术手段和放飞的总称。可运用在薄膜温度传感器的制备中。可以生产出体积更加微小，反应速度更加灵敏，测量范围更加宽广的温度传感器。
总结：
本文从时间的维度上介绍了温度传感器的发展历史，并给出了将人工智能即AI技术与目前的数字型温度传感器结合的远景展望。同时也认为温度传感器小型化及轻量化这个维度也是其发展的必然趋势。
参考文献：
[1] 丹佛斯公司产品资料
[2] 沙占友.智能温度传感器的发展趋势。电子技术应用，2002，5
[3] 卢亚东，林立新。具有学习功能的传感器温度补偿新方法。计算机工程应用技术，2009.07
[4] 潘张忠。传感器在汽车上的应用现状及发展趋势。职业，2012.01
[5] 秦自强。快速动态测温的MEMS温度传感器设计和特性研究。武汉：武汉工程大学，2013.05