采集数据对于大家来说肯定不陌生，像天气预报，空调温度，空气质量指数等等都涉及到数据采集。在数据采集的世界中又分为数字量、模拟量和开关量。

以下章节，将从数字量传感数据采集概述、温度采集概述、常用温度传感器、典型器件举例四个方面由浅入深的介绍。

1 数字量传感数据采集概述

1.1数字量的定义

数字量是一种物理量；通常用一组由0和1组成的二进制代码串表示某个信号的大小。

1.2数字量的特征

数字量的变化在时间和数值上都是不连续的（离散），其数值变化都是某一个最小数量单位的整数倍。

1.3典型的数字量

在利用相应传感器对温度、湿度进行数据采集时，所输出的信号，就是典型数字量。

2 温度采集概述

在采集温度传感数据时，通常使用温度传感器，而温度传感器能感知物体温度并将非电学的物理量转换为电学量。

                                      图1-1 温度采集

温度传感器的分类可以从两个方面进行分类，分别是工作原理和测量方式，如表1-1和表1-2所示。

                    表1-1 温度传感器的分类（按工作原理分类）

                               表1-2 温度传感器的分类（按测量方式分类）

3 常用温度传感器

3.1 热敏电阻概述

热敏电阻是一种电阻值随温度变化的半导体传感器。

热敏电阻的温度系数很大，比温差电偶和线绕电阻测温元件的灵敏度高几十倍，适用于测量微小的温度变化。

                                            图1-2  常用热敏电阻实物图

3.2 热敏电阻的特点

• 体积小、热容量小、响应速度快，能在空隙和狭缝中测量。

• 阻值高，测量结果受引线的影响小，可用于远距离测量。

• 过载能力强，成本低廉。

• 只能在较窄的范围内用于精确测量。

注：热敏电阻在一些精度要求不高的测量和控制装置中得到广泛应用。

3.3 实际使用中的热敏电阻

        使用热敏电阻制成的探头有珠状、棒杆状、片状和薄膜等形式，封装外壳多用玻璃、镍和不锈钢管等套管结构。如图1-3所示。

                             图1-3  实际使用中的热敏电阻

3.4 热敏电阻的温度特性

半导体材料的电阻值随温度变化而变化。如图1-4所示。

                         图1-4  热敏电阻的温度特性

3.5热敏电阻的分类

热敏电阻按照电阻温度特性可以分为负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻、临界负温度系数热敏电阻。

3.5.1 负温度系数热敏电阻

负温度系数热敏电阻（Negative Temperature Coefficient，NTC）泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。

NTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻。

NTC热敏电阻的电阻值随着温度的升高呈线性减小。如图1-5所示。

              图1-5  NTC热敏电阻（红）的温度特性曲线图

NTC热敏电阻通常以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。

锰、钴、镍和铜等金属氧化物材料都具有半导体性质：

当温度变低，载流子（电子和空穴）数目少，电阻值较高；温度升高，载流子数目增加，电阻值降低。

3.5.2 正温度系数热敏电阻

正温度系数热敏电阻（Positive Temperature Coefficient，PTC）泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。

PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻。

PTC热敏电阻超过一定的温度时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

PTC热敏电阻采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结，其温度系数随成分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化。  如图1-6所示。

           图1-6  PTC热敏电阻（橙、黄）的温度特性曲线图

3.5.3 临界温度系数热敏电阻

临界负温度系数热敏电阻（Critical Temperature Resistor，CTR）泛指临界温度系数很大的半导体材料或元器件。

CTR热敏电阻的构成材料通常是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，其骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变。

CTR热敏电阻具有负电阻突变特性，即电阻值随温度的增加急剧减小，具有很大的负温度系数。如图1-7所示。

                        图1-7   CTR热敏电阻（蓝）的温度特性曲线图

3.6 热敏电阻与金属热电阻的对比

热敏电阻的温度系数值远远大于金属热电阻，所以具有较高的灵敏度。

热敏电阻温度曲线非线性现象十分严重，所以其有效测温范围小于金属热电阻。如图1-8所示。

                        图1-8  热敏电阻的温度特性曲线图

3.7 线性化网络

利用包含有热敏电阻的电阻网络常称线性化网络。

线性化网络代替单个的热敏电阻，使网络电阻与温度成单值线性关系。最简单的方法是用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络。

经处理后的等效电阻与温度的关系曲线会显得比较平坦，因此可以在某一特定温度范围内得到线性的输出特性。

依据所需要的温度特性，通过计算或图解方法确定图1-9网络中的电阻R1、R2和R3。

                图1-9  热敏电阻线性化网络示例及对应温度特性曲线

3.8 利用测量装置中其他部件的特性进行修正

虽然电容Ｃ的充电特性是非线性特性，但适当地选取线路中的电阻，可以在一定的温度范围内，得到近于线性的温度－频率转换特性。如图1-10所示。

                            图1-10  频率转换电路

3.9 计算修正法

• 在带有微处理器（或微计算机）的测量系统中。

• 当已知热敏电阻器的实际特性和要求的理想特性时，可采用线性插值法将特性分段，并把各分段点的值存放在计算机的存储器内。

• 计算机将根据热敏电阻器的实际输出值进行校正计算后，给出要求的输出值。

4 典型器件举例

                               图1-11  SHT11温湿度传感器

4.1 基本特征 

          表1-3 基本特征

4.2 基本参数

• 全量程标定，两线数字输出

• 湿度测量范围：0～100%RH

• 温度测量范围：-40+123.8℃

• 湿度测量精度： ±3%RH

• 温度测量精度： ±0.4℃

• 封装：SMD（LCC）