王利婷

摘 要 筆記本電腦的設(shè)計(jì)者們?cè)诳紤]系統(tǒng)性能的情況下，還要考慮其他如外觀等問(wèn)題，其中散熱就是一個(gè)很重要的問(wèn)題，如果筆記本電腦長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下，其使用壽命會(huì)縮短。散熱的好壞就直接影響筆記本電腦性能的好壞。設(shè)計(jì)者既要考慮系統(tǒng)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(tǒng)的性能、運(yùn)行時(shí)間、舒適度等問(wèn)題兼顧，是本文研究的內(nèi)容。

關(guān)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(hào) TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律再轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)。它是一種以一定的準(zhǔn)確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置或器件，所以傳感器又被稱為敏感元件、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換元件等。

傳感器的作用是實(shí)現(xiàn)傳感功能的基本部件。傳感器技術(shù)的共性，就是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物特性，將非電量（位移、速度、加速度、力等）轉(zhuǎn)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(yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件（transduction？element）是將敏感元件輸出的非電信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，或直接將被測(cè)非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。而轉(zhuǎn)換電路能把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、處理和傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)。

2 溫度傳感器

能把物質(zhì)特性是溫度的這種變化量定性或定量的轉(zhuǎn)換成電信號(hào)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(zhì)的各種物理性質(zhì)和溫度變化的關(guān)系把溫度轉(zhuǎn)換成電量的傳感器。溫度測(cè)量?jī)x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(cè)量方式和材料及特性來(lái)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(gè)最基本的物理量，一切過(guò)程都與溫度有著密切的關(guān)系。溫度傳感器是人類最早開(kāi)發(fā)的傳感器，也是應(yīng)用最廣的傳感器。溫度傳感器的運(yùn)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的傳感器。在和半導(dǎo)體結(jié)合的情況下，我國(guó)又相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)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(cè)量溫度原理主要是利用了電阻隨溫度升高而增大這個(gè)特性，在工程上常用來(lái)測(cè)量-200℃～850℃之間的溫度。熱電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍廣，穩(wěn)定性好；靈敏度高，其輸出信號(hào)比熱電偶要大得多；與熱電偶相比，它無(wú)需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償；信號(hào)便于遠(yuǎn)傳和多點(diǎn)切換測(cè)量等。因此，熱電阻溫度計(jì)在溫度測(cè)量中占有重要地位。它的缺點(diǎn)是：感溫元件體積大，熱慣性大，只能測(cè)量周圍介質(zhì)的平均溫度；在使用時(shí)，由于自身不能供電，需要外加電源供電；這樣一來(lái)，就會(huì)由于連接導(dǎo)線產(chǎn)生測(cè)量誤差，因?yàn)閷?dǎo)線電阻會(huì)受環(huán)境溫度的影響。熱電阻的測(cè)溫原理是當(dāng)溫度發(fā)生改變時(shí)，熱電阻的阻值隨之變化。通過(guò)變化的電阻值可間接地測(cè)得溫度的變化量，這就是熱電阻的測(cè)溫原理。

工業(yè)用鉑電阻和銅電阻作為熱電阻，結(jié)構(gòu)由電阻體、引出線、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等組成。

2.2 熱電偶傳感器

熱電效應(yīng)是一種現(xiàn)象，A和B是用不同材料制成的金屬導(dǎo)體或是兩種半導(dǎo)體，它們順次連接成閉合回路，若測(cè)得兩個(gè)連接點(diǎn)的溫度是不相等的，這時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由溫度引起的熱電動(dòng)勢(shì)，那么這就是熱電效應(yīng)。不同材料A和B的組合就是熱電偶，單個(gè)導(dǎo)體叫做熱電極，2個(gè)接點(diǎn)中承受被測(cè)溫度的一端叫做測(cè)量端，而另一端叫做參比端。在熱電偶回路中，所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是由溫差電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)兩部分組成的。當(dāng)兩個(gè)熱電極材料確定以后，熱電偶的電動(dòng)勢(shì)只與兩端溫度有關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是：1）測(cè)量精度高；2）測(cè)量范圍廣；3）構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。

3 筆記本電腦中需要監(jiān)測(cè)溫度的器件

筆記本電腦中CPU和圖形處理芯片（GPU）是系統(tǒng)中產(chǎn)生熱量最大的器件，其中，Intel或是其他處理器每秒會(huì)產(chǎn)生的最大的功耗，大概是37W～50W。所以，筆記本電腦中檢測(cè)溫度的重要器件就是CPU，其次就是GPU，因?yàn)镚PU的作用就是圖形的數(shù)據(jù)處理，為了顯示器達(dá)到較高的分辨率。CPU和GPU的內(nèi)部都含有二極管，二極管用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)，然后提供給溫度傳感器，對(duì)檢測(cè)出的CPU和GPU內(nèi)部管芯的溫度，進(jìn)行精確的溫度控制。

硬盤、DDR內(nèi)存和光驅(qū)在筆記本電腦中也是產(chǎn)生熱量的組件，也是需要進(jìn)行溫度檢測(cè)的。這樣做的目的是更好的對(duì)筆記本電腦的電源和散熱問(wèn)題進(jìn)行管理。精確可靠的溫度檢測(cè)在筆記本電腦的應(yīng)用上具有下列優(yōu)點(diǎn)：1）系統(tǒng)對(duì)精確的溫度檢測(cè)發(fā)揮出更高的效能；2）精確的溫度檢測(cè)能降低系統(tǒng)噪音并延長(zhǎng)計(jì)算機(jī)電池使用時(shí)間；3）系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高離不開(kāi)精確的溫度檢測(cè)，還增加了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

4 筆記本電腦中用到的溫度傳感器

4.1 熱敏電阻

半導(dǎo)體熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化的熱電阻，其測(cè)溫范圍為-40℃～350℃，優(yōu)點(diǎn)是半導(dǎo)體熱敏電阻靈敏度很高，它的溫度系數(shù)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(shí)可以忽略。缺點(diǎn)是半導(dǎo)體熱敏電阻互換性差，有的產(chǎn)品穩(wěn)定性還很不好。但優(yōu)點(diǎn)是半導(dǎo)體熱敏電阻熱響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且成本低，因此被廣泛應(yīng)用。熱敏電阻按其溫度特性分為3種類型：正溫度系數(shù)熱敏電阻，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。

半導(dǎo)體熱敏電阻的測(cè)溫原理是實(shí)現(xiàn)溫度控制或過(guò)熱保護(hù)，讓和熱敏電阻串聯(lián)在一起的繼電器動(dòng)作是測(cè)溫原理的目的，將突變型熱敏電阻裝設(shè)在被測(cè)物中，和繼電器串接在一起，在給電路加上一個(gè)恒定電壓，當(dāng)周圍介質(zhì)的溫度和所設(shè)定的值相同時(shí)，電路中的電流由十分之幾毫安一下升高到幾十毫安，這個(gè)時(shí)候繼電器就會(huì)動(dòng)作，從而達(dá)到了測(cè)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(jié)的伏安特性隨溫度變化的規(guī)律制成的一種固態(tài)傳感器。它是把PN結(jié)及其輔助電路集成在同一個(gè)芯片上，完成溫度測(cè)量及信號(hào)輸出功能的專用IC，突出優(yōu)點(diǎn)是有理想的線性輸出，體積小。由于PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，由于PN結(jié)不能耐高溫，集成溫度傳感器只能用來(lái)測(cè)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(shù)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(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用十分廣泛。

筆記本電腦的使用越來(lái)越廣泛，性能在不斷優(yōu)化，這就勢(shì)必要求精確的進(jìn)行溫度的控制，溫度的控制越來(lái)越重要，溫度控制的精確性可以讓電腦系統(tǒng)的性能增強(qiáng)，能提高用戶的使用舒適度，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并降低成本。

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