溫度傳感器在筆記本電腦中的應用

王利婷

摘 要 筆記本電腦的設計者們在考慮系統性能的情況下，還要考慮其他如外觀等問題，其中散熱就是一個很重要的問題，如果筆記本電腦長期工作在高溫環境下，其使用壽命會縮短。散熱的好壞就直接影響筆記本電腦性能的好壞。設計者既要考慮系統的性能，又要考慮外觀上的輕、薄、小，在有限的體積下，怎樣做到將系統的性能、運行時間、舒適度等問題兼顧，是本文研究的內容。

關鍵詞 溫度傳感器；熱電阻傳感器；熱敏電阻；耗散熱量

中圖分類號 TP212 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0104-01

1 傳感器的定義

傳感器的定義是器件或裝置能夠感受到規定的被測量并按照一定規律再轉換成可用的輸出信號。它是一種以一定的準確度把被測量轉換成與之有對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置或器件，所以傳感器又被稱為敏感元件、檢測元件、轉換元件等。

傳感器的作用是實現傳感功能的基本部件。傳感器技術的共性，就是利用物理定律和物質的物理、化學、生物特性，將非電量（位移、速度、加速度、力等）轉換成電量（如電流、電壓、電阻、電感、電容、頻率等）。敏感元件（sensing？element）是能直接感受或響應被測量的部分；轉換元件（transduction？element）是將敏感元件輸出的非電信號直接轉換為電信號，或直接將被測非電信號轉換為電信號。而轉換電路能把轉換元件輸出的電信號轉換為便于顯示、處理和傳輸的有用信號。

2 溫度傳感器

能把物質特性是溫度的這種變化量定性或定量的轉換成電信號的裝置，叫溫度傳感器。溫度傳感器的種類很多。它是利用自然界物質的各種物理性質和溫度變化的關系把溫度轉換成電量的傳感器。溫度測量儀表的核心部分就是溫度傳感器。溫度傳感器的分類是可按測量方式和材料及特性來分，可分為接觸式、非接觸式，和熱電阻傳感器、熱電偶傳感器。

溫度是自然界的一個最基本的物理量，一切過程都與溫度有著密切的關系。溫度傳感器是人類最早開發的傳感器，也是應用最廣的傳感器。溫度傳感器的運用遠遠超過了其他的傳感器。在和半導體結合的情況下，我國又相繼開發了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器等等的很多種類型的傳感器。

2.1 熱電阻傳感器

熱電阻的測量溫度原理主要是利用了電阻隨溫度升高而增大這個特性，在工程上常用來測量-200℃～850℃之間的溫度。熱電阻溫度計的優點是：測量準確度高，測量范圍廣，穩定性好；靈敏度高，其輸出信號比熱電偶要大得多；與熱電偶相比，它無需進行冷端溫度補償；信號便于遠傳和多點切換測量等。因此，熱電阻溫度計在溫度測量中占有重要地位。它的缺點是：感溫元件體積大，熱慣性大，只能測量周圍介質的平均溫度；在使用時，由于自身不能供電，需要外加電源供電；這樣一來，就會由于連接導線產生測量誤差，因為導線電阻會受環境溫度的影響。熱電阻的測溫原理是當溫度發生改變時，熱電阻的阻值隨之變化。通過變化的電阻值可間接地測得溫度的變化量，這就是熱電阻的測溫原理。

工業用鉑電阻和銅電阻作為熱電阻，結構由電阻體、引出線、絕緣管、保護管和接線盒等組成。

2.2 熱電偶傳感器

熱電效應是一種現象，A和B是用不同材料制成的金屬導體或是兩種半導體，它們順次連接成閉合回路，若測得兩個連接點的溫度是不相等的，這時回路中就會產生一個由溫度引起的熱電動勢，那么這就是熱電效應。不同材料A和B的組合就是熱電偶，單個導體叫做熱電極，2個接點中承受被測溫度的一端叫做測量端，而另一端叫做參比端。在熱電偶回路中，所產生的熱電動勢是由溫差電動勢和接觸電動勢兩部分組成的。當兩個熱電極材料確定以后，熱電偶的電動勢只與兩端溫度有關。其優點是：1）測量精度高；2）測量范圍廣；3）構造簡單，使用方便。

3 筆記本電腦中需要監測溫度的器件

筆記本電腦中CPU和圖形處理芯片（GPU）是系統中產生熱量最大的器件，其中，Intel或是其他處理器每秒會產生的最大的功耗，大概是37W～50W。所以，筆記本電腦中檢測溫度的重要器件就是CPU，其次就是GPU，因為GPU的作用就是圖形的數據處理，為了顯示器達到較高的分辨率。CPU和GPU的內部都含有二極管，二極管用來進行遠程溫度檢測，然后提供給溫度傳感器，對檢測出的CPU和GPU內部管芯的溫度，進行精確的溫度控制。

硬盤、DDR內存和光驅在筆記本電腦中也是產生熱量的組件，也是需要進行溫度檢測的。這樣做的目的是更好的對筆記本電腦的電源和散熱問題進行管理。精確可靠的溫度檢測在筆記本電腦的應用上具有下列優點：1）系統對精確的溫度檢測發揮出更高的效能；2）精確的溫度檢測能降低系統噪音并延長計算機電池使用時間；3）系統穩定性的提高離不開精確的溫度檢測，還增加了產品競爭力。

4 筆記本電腦中用到的溫度傳感器

4.1 熱敏電阻

半導體熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數規律變化的熱電阻，其測溫范圍為-40℃～350℃，優點是半導體熱敏電阻靈敏度很高，它的溫度系數是金屬電阻的十幾倍，比金屬電阻大很多；電阻率很大，可做成體積很小而電阻值很大的電阻體，引線電阻所引起的誤差在使用時可以忽略。缺點是半導體熱敏電阻互換性差，有的產品穩定性還很不好。但優點是半導體熱敏電阻熱響應快，結構簡單，而且成本低，因此被廣泛應用。熱敏電阻按其溫度特性分為3種類型：正溫度系數熱敏電阻，負溫度系數熱敏電阻NTC和臨界溫度系數熱敏電阻。

半導體熱敏電阻的測溫原理是實現溫度控制或過熱保護，讓和熱敏電阻串聯在一起的繼電器動作是測溫原理的目的，將突變型熱敏電阻裝設在被測物中，和繼電器串接在一起，在給電路加上一個恒定電壓，當周圍介質的溫度和所設定的值相同時，電路中的電流由十分之幾毫安一下升高到幾十毫安，這個時候繼電器就會動作，從而達到了測溫的效果。

4.2 集成溫度傳感器

集成溫度傳感器是利用晶體管PN結的伏安特性隨溫度變化的規律制成的一種固態傳感器。它是把PN結及其輔助電路集成在同一個芯片上，完成溫度測量及信號輸出功能的專用IC，突出優點是有理想的線性輸出，體積小。由于PN結受耐熱性能和特性范圍的限制，由于PN結不能耐高溫，集成溫度傳感器只能用來測150℃以下的溫度。集成溫度傳感器可分為模擬式、邏輯輸出和數字式三大類。其中模擬式又分為電壓型和電流型2種。集成溫度傳感器具有體積小、線性好、反應靈敏等優點，所以應用十分廣泛。

筆記本電腦的使用越來越廣泛，性能在不斷優化，這就勢必要求精確的進行溫度的控制，溫度的控制越來越重要，溫度控制的精確性可以讓電腦系統的性能增強，能提高用戶的使用舒適度，能提高系統的穩定性，并降低成本。

參考文獻

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