温度传感器在笔记本电脑中的应用

王利婷

摘 要 笔记本电脑的设计者们在考虑系统性能的情况下，还要考虑其他如外观等问题，其中散热就是一个很重要的问题，如果笔记本电脑长期工作在高温环境下，其使用寿命会缩短。散热的好坏就直接影响笔记本电脑性能的好坏。设计者既要考虑系统的性能，又要考虑外观上的轻、薄、小，在有限的体积下，怎样做到将系统的性能、运行时间、舒适度等问题兼顾，是本文研究的内容。

关键词 温度传感器；热电阻传感器；热敏电阻；耗散热量

中图分类号 TP212 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0104-01

1 传感器的定义

传感器的定义是器件或装置能够感受到规定的被测量并按照一定规律再转换成可用的输出信号。它是一种以一定的准确度把被测量转换成与之有对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置或器件，所以传感器又被称为敏感元件、检测元件、转换元件等。

传感器的作用是实现传感功能的基本部件。传感器技术的共性，就是利用物理定律和物质的物理、化学、生物特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成电量（如电流、电压、电阻、电感、电容、频率等）。敏感元件（sensing？element）是能直接感受或响应被测量的部分；转换元件（transduction？element）是将敏感元件输出的非电信号直接转换为电信号，或直接将被测非电信号转换为电信号。而转换电路能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、处理和传输的有用信号。

2 温度传感器

能把物质特性是温度的这种变化量定性或定量的转换成电信号的装置，叫温度传感器。温度传感器的种类很多。它是利用自然界物质的各种物理性质和温度变化的关系把温度转换成电量的传感器。温度测量仪表的核心部分就是温度传感器。温度传感器的分类是可按测量方式和材料及特性来分，可分为接触式、非接触式，和热电阻传感器、热电偶传感器。

温度是自然界的一个最基本的物理量，一切过程都与温度有着密切的关系。温度传感器是人类最早开发的传感器，也是应用最广的传感器。温度传感器的运用远远超过了其他的传感器。在和半导体结合的情况下，我国又相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器等等的很多种类型的传感器。

2.1 热电阻传感器

热电阻的测量温度原理主要是利用了电阻随温度升高而增大这个特性，在工程上常用来测量-200℃～850℃之间的温度。热电阻温度计的优点是：测量准确度高，测量范围广，稳定性好；灵敏度高，其输出信号比热电偶要大得多；与热电偶相比，它无需进行冷端温度补偿；信号便于远传和多点切换测量等。因此，热电阻温度计在温度测量中占有重要地位。它的缺点是：感温元件体积大，热惯性大，只能测量周围介质的平均温度；在使用时，由于自身不能供电，需要外加电源供电；这样一来，就会由于连接导线产生测量误差，因为导线电阻会受环境温度的影响。热电阻的测温原理是当温度发生改变时，热电阻的阻值随之变化。通过变化的电阻值可间接地测得温度的变化量，这就是热电阻的测温原理。

工业用铂电阻和铜电阻作为热电阻，结构由电阻体、引出线、绝缘管、保护管和接线盒等组成。

2.2 热电偶传感器

热电效应是一种现象，A和B是用不同材料制成的金属导体或是两种半导体，它们顺次连接成闭合回路，若测得两个连接点的温度是不相等的，这时回路中就会产生一个由温度引起的热电动势，那么这就是热电效应。不同材料A和B的组合就是热电偶，单个导体叫做热电极，2个接点中承受被测温度的一端叫做测量端，而另一端叫做参比端。在热电偶回路中，所产生的热电动势是由温差电动势和接触电动势两部分组成的。当两个热电极材料确定以后，热电偶的电动势只与两端温度有关。其优点是：1）测量精度高；2）测量范围广；3）构造简单，使用方便。

3 笔记本电脑中需要监测温度的器件

笔记本电脑中CPU和图形处理芯片（GPU）是系统中产生热量最大的器件，其中，Intel或是其他处理器每秒会产生的最大的功耗，大概是37W～50W。所以，笔记本电脑中检测温度的重要器件就是CPU，其次就是GPU，因为GPU的作用就是图形的数据处理，为了显示器达到较高的分辨率。CPU和GPU的内部都含有二极管，二极管用来进行远程温度检测，然后提供给温度传感器，对检测出的CPU和GPU内部管芯的温度，进行精确的温度控制。

硬盘、DDR内存和光驱在笔记本电脑中也是产生热量的组件，也是需要进行温度检测的。这样做的目的是更好的对笔记本电脑的电源和散热问题进行管理。精确可靠的温度检测在笔记本电脑的应用上具有下列优点：1）系统对精确的温度检测发挥出更高的效能；2）精确的温度检测能降低系统噪音并延长计算机电池使用时间；3）系统稳定性的提高离不开精确的温度检测，还增加了产品竞争力。

4 笔记本电脑中用到的温度传感器

4.1 热敏电阻

半导体热敏电阻是一种电阻值随温度呈指数规律变化的热电阻，其测温范围为-40℃～350℃，优点是半导体热敏电阻灵敏度很高，它的温度系数是金属电阻的十几倍，比金属电阻大很多；电阻率很大，可做成体积很小而电阻值很大的电阻体，引线电阻所引起的误差在使用时可以忽略。缺点是半导体热敏电阻互换性差，有的产品稳定性还很不好。但优点是半导体热敏电阻热响应快，结构简单，而且成本低，因此被广泛应用。热敏电阻按其温度特性分为3种类型：正温度系数热敏电阻，负温度系数热敏电阻NTC和临界温度系数热敏电阻。

半导体热敏电阻的测温原理是实现温度控制或过热保护，让和热敏电阻串联在一起的继电器动作是测温原理的目的，将突变型热敏电阻装设在被测物中，和继电器串接在一起，在给电路加上一个恒定电压，当周围介质的温度和所设定的值相同时，电路中的电流由十分之几毫安一下升高到几十毫安，这个时候继电器就会动作，从而达到了测温的效果。

4.2 集成温度传感器

集成温度传感器是利用晶体管PN结的伏安特性随温度变化的规律制成的一种固态传感器。它是把PN结及其辅助电路集成在同一个芯片上，完成温度测量及信号输出功能的专用IC，突出优点是有理想的线性输出，体积小。由于PN结受耐热性能和特性范围的限制，由于PN结不能耐高温，集成温度传感器只能用来测150℃以下的温度。集成温度传感器可分为模拟式、逻辑输出和数字式三大类。其中模拟式又分为电压型和电流型2种。集成温度传感器具有体积小、线性好、反应灵敏等优点，所以应用十分广泛。

笔记本电脑的使用越来越广泛，性能在不断优化，这就势必要求精确的进行温度的控制，温度的控制越来越重要，温度控制的精确性可以让电脑系统的性能增强，能提高用户的使用舒适度，能提高系统的稳定性，并降低成本。

参考文献

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