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温度计的数字化

摘要：在科学技术不断发展的今天，温度的检测.控制应用于许多行业，随着电子行业的

发展，数字仪表反应快，操作简单，对环境要求不高的优点，市场上逐渐出现越来越多的

数字式温度计。实践表明，整个低功耗高精度的便携式数字式温度计使用方便，工作稳

定，待机时间长，具有广阔的应用前景，并开始得到广泛应用。本论文简要介绍了数字化

的优缺点，温度计的种类，工作原理及温度传感器的工作原理。

关键词：数字化温度计温度传感器

1.1数字式温度计的发展历程

十七世纪是温度计诞生和发展的最初阶段，这个物理仪器几乎比任何其它一起都得到

更广泛的应用。现代的历史研究认为最早发明温度计的科学家是伽利略，他于1592年发

明了最早的气体温度计，最早的液体温度计是荷兰科学家华伦海特制造出来的。

随着宇航，核能，冶金，材料，低温，微电子学和生物医学等方面的发展，对温度测

量，控制的精度和范围提出了越来越高的要求，尤其是对温度的测量非但要准确，而且需

读取数值更直观更方便，从而促进了温度测量和控制技术的迅速发展。虽然水银温度计至

今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是刻度间隔通常都很密，不容易准确分

辨，读数困难，而且它们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读

准，并且使用很不方便，而且水银有毒，玻璃管易碎。后来出现代替水银的有酒精温度计

和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。后来

接着就出现了热电阻温度计，热电偶温度计等。随着大规模集成电路工艺的提高，又出现

了多种集成的数字化温度传感器。

随着电子工业的发展，数字仪表反应速度快，操作简单，对使用环境要求不高的

点，市场上逐渐出现越来越多的数字式温度计，另外，纵观国际上现有的温度计的变化，

总的趋势是从模拟向数字转变，相应的体积也在不断减小，而且一切向着数字化控制，智

能化控制方向发展。测量温度的关键是温度传感器，随着科学技术的发展，温度传感器的

发展经历了三个发展阶段：（1）传统的分立式温度传感器，（2）模拟集成温度传感器，

（3）智能集成温度传感器。特别是现代仪器的发展，微型化，集成化，数字化正成为传感

器发展的一个重要方向。

2.1数字化的优点

a.数字信号与模拟信号相比，前者是加工信号。加工信号对于有杂波和易产生失真的

外部环境和电路条件来说，具有较好的稳定性。可以说，数字信号适用于易产生杂波和

波形失真的录像机及远距离传送使用。数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。

根据上述的点，还不能断言数字信号是与杂波无关的信号。

数字信号本身与模拟信号相比，确实受外部杂波的影响较小，但是它对被变换成数

字信号的模拟信号本身的杂波却无法识别。因此，将模拟信号变换成数字信号所使用的

模/数(A/D)变换器是无法辨别图像信号和杂波的。

b.数字信号需要使用集成电路(IC)和大规模集成电路(ISI)，而且计算机易于处理数

字信号。数字信号还适用于数字特技和图像处理。

c.数字信号处理电路简单。它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定、技

术人员能够从日常的调整工作中解放出来。

2.2数字化的缺点

a.由于数字化处理会造成图像质量、声音质量的损伤。换句话说，经过模拟→数字

→模拟的处理，多少会使图像质量、声音质量有所降低。严格地说，从数字信号恢复到

模拟信号，将其与原来的模拟信号相比，不可避免地会受到损伤。这一点与下面的缺点

有着密切的联系。

b.模拟信号数字化以后的信息量会爆炸性地膨胀。为了将带宽为(f)的模拟信号数字

化，必须使用约为(2f+α)的频率进行取样，而且图像信号必须使用8比特(比特就是单

位脉冲信号)量化。具体地说，如果图像信号的带宽是5MHz，至少需要取样13×106

至14×106次(13M至14M次)，而且需要使用8比特来表示数字化的信号。因此，

数字信号的总数约为每秒1亿比特(100M比特)。且不说这是一个天文数字，就其容量

而言，对集成电路来说，也是难于处理的。因此，这个问题已经不是数字化本身的问题

了。不过，为了提高数字化图像质量，还需要进一步增加信息量。这就是数字化技术需

要解决的难题，同时也是数字信号的基本问题。

3.1温度计的种类

（1）液晶温度计：用不同配方制成的液晶，其相变温度不同，当其相变时，其光学性