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重点讲解四种主要类型的温度传感器以及各自的考虑因素、好处和缺点

来源:发表时间:2019-05-23


      咱们每天使用温度传感器进行建筑物温度控制,水温调节和冰箱控制。温度传感器在许多其他应用中也至关重要,例如消费品,医疗和工业电子产品。
      每个应用可能具有不同的温度感测需求。差异包括测量内容(空气,质量或液体),测量位置(内部或外部)以及测量温度范围。现代电子设备中最常用的温度传感器有四种:热电偶,RTD(电阻温度检测器),热敏电阻和基于半导体的集成电路(IC)。
      本博客重点讲解这四种主要类型的温度传感器,每种类型的考虑因素,优点和缺点。
一、热电偶
      金莎娱乐官方网站热电偶是最常用的温度传感器类型。它们用于工业,汽车和消费者应用。热电偶是自供电的,无需激励,可在很宽的温度范围内工作,并具有快速响应时间。
      热电偶通过将两根不同的金属线连接在一起而制成。这导致塞贝克效应。塞贝克效应是两种不同导体的温差产生两种物质之间的电压差的现象。1正是这个电压差可以测量并用于计算温度。
      有几种类型的热电偶由各种不同的材料制成,这允许不同的温度范围和不同的灵敏度。不同的类型由指定的字母区分。最常用的是K型。表1显示了几种常见类型的热电偶的特性。


表1.热电偶类型和特性
      热电偶的一些缺点包括测量温度可能具有挑战性,因为它们的输出电压很小,这需要精确放大,对长导线上的外部噪声敏感,以及冷结。冷结是热电偶线与信号电路的铜迹线相遇的地方。这产生了另一个需要补偿的塞贝克效应,称为冷端补偿。
      金莎娱乐官方网站提供输出热电偶。这些器件通过集成高分辨率模数转换器(ADC),低噪声精度增益级和冷端补偿传感器,有助于信号调理。这些器件通过在小型封装中提供精确的信号调理解决方案,帮助设计热电偶电路。它们与许多流行的热电偶配合使用。
二、RTD(电阻温度检测器)
      随着温度的变化,任何金属的电阻也会发生变化。这种电阻差异是RTD温度传感器的基础。RTD是一种具有明确定义的电阻与温度特性的电阻器。铂是用于制造RTD的最常见和最准确的材料。


图1.两线,三线和四线RTD 2
      Platinum RTD也称为PRTD。它们通常在0°C时具有100Ω和1000Ω电阻。它们分别称为PT100和PT1000。
使用铂RTD是因为它们对温度变化提供接近线性的响应,它们稳定且准确,它们提供可重复的响应,并且它们具有宽的温度范围。RTD通常用于精密应用,因为它们具有准确性和可重复性。
      RTD元件通常具有较高的热质量,因此对温度变化的响应比热电偶慢。信号调理在RTD中很重要。它们还需要激励电流流过RTD。如果已知该电流,则可以计算电阻。
      配置包括两线,三线和四线选项。当引线长度足够短以使电阻不会显着影响测量精度时,双线选项非常有用。三线制增加了一个承载激励电流的RTD探头。这提供了消除导线电阻的方法。四线是最精确的,因为单独的力和感测引线消除了线电阻的影响。图1显示了两线,三线和四线RTD配置的示例。RTD提供了具有15位分辨率的每个配置一个专用的RTD信号调节电路和提供了解决方案,以加速两种PT100和PT1000的RTD设计。


图2.典型的热敏电阻接口2
三、热敏电阻
      热敏电阻类似于RTD,因为温度变化会导致可测量的电阻变化。热敏电阻通常由聚合物或陶瓷材料制成。在大多数情况下,热敏电阻更便宜,但也不如RTD准确。大多数热敏电阻有两种配置。
      NTC(负温度系数)热敏电阻是最常用的温度测量热敏电阻应用。NTC热敏电阻的电阻随温度升高而降低。热敏电阻具有非线性耐温关系。这需要进行重大修正才能正确说明数据。使用热敏电阻的常用方法如图2所示,其中热敏电阻和固定值电阻形成分压器,其输出由ADC数字化。
四、基于半导体的IC
      基于半导体的温度传感器IC有两种不同的类型:本地温度传感器和远程数字温度传感器。本地温度传感器是通过使用晶体管的物理特性来测量其自身管芯温度的IC。远程数字温度传感器测量外部晶体管的温度。
      本地温度传感器可以使用模拟或数字输出。模拟输出可以是电压或电流,而数字输出可以采用多种格式,如I2C,SMBus,1-Wire?和串行外设接口(SPI)。本地温度传感器检测印刷电路板或其周围环境空气的温度。是一个非常小的局部温度传感器,并且可以在多种应用中,包括电池供电的应用中使用。
      通过使用晶体管的物理特性,远程数字温度传感器像本地温度传感器一样工作。不同之处在于晶体管远离传感器芯片。一些微处理器和FPGA包括双极感应晶体管,用于测量目标IC的芯片温度。
摘要
      金莎娱乐官方网站热电偶,RTD,热敏电阻和基于半导体的IC是当今使用的主要温度传感器类型。热电偶价格低廉,经久耐用,可以测量各种温度。RTD提供各种温度测量(虽然小于热电偶)并提供准确和可重复的测量,但它们较慢,需要激励电流,并需要信号调理。热敏电阻耐用且体积小,但它们不如RTD准确,并且需要更多的数据校正来说明温度。基于半导体的IC可以灵活地植入,并且可以采用极小的封装,但它们具有有限的温度范围。
      虽然还有其他温度传感器可供选择,但本博客中讨论的四种选择将为大多数设计人员提供一种解决方案,以找到适合其应用的解决方案。

 

 

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