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常用的四類溫度傳感器的工作原理

更新時間: 2019-05-06 12:18 來源: 網絡 編輯: 溫度傳感器 閱覽: ? 技術文檔
 

生活中常見的四類溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫包括模擬輸出和數字輸出兩種類型。一般來說,選取哪種傳感器取決于所需的溫度范圍、準確度、線性度、解決方案成本、功能、功耗、解決方案尺寸等等。

一、熱電偶

熱電偶包括由不同材料制成的兩根電線的接點。例如,J型熱電偶是由鐵和康銅制成的。如圖所示,接點1位于待測量的溫度處,而接點2和接點3則被置于用LM35模擬溫度傳感器測定的不同溫度處。輸出電壓與這兩個溫度值的差大致成比例。

熱電偶傳感器

因為熱電偶的靈敏度相當低(在每攝氏度幾十微伏的量級上),所以您將需要低偏移放大器來產生可用的輸出電壓。在熱電偶的工作范圍內,溫度至電壓傳遞函數中的非線性往往需要補償電路或查找表。然而,盡管有這些缺點,熱電偶仍非常流行,尤其適用于烤箱、水加熱器、窯爐、測試設備和其它工業處理 —— 原因是熱電偶的熱質量很低且工作溫度范圍(工作溫度可擴展至2300℃以上)很寬泛。

二、熱敏電阻

熱敏電阻器是另一種類型的電阻式傳感器。低成本、低精度的熱敏電阻器可執行簡單的測量或閾值檢測功能,這類電阻器需多個組件(如比較器、參考和分立式電阻器),但非常便宜,并具有非線性的電阻-溫度屬性,如圖所示。如果您需要測量寬范圍的溫度,您將需進行大量的線性化處理工作。對幾個溫度點進行校準可能是必要的。為實現更高的精度,可用更昂貴且公差更緊的熱敏電阻陣列來幫助解決這種非線性難題,但這種陣列通常比單個熱敏電阻器靈敏度低。

熱敏電阻器

三、電阻式溫度檢測器(RTD)

當一邊測量RTD的電阻一邊改變它的溫度時,響應幾乎是線性的,表現得像一個電阻器。如圖所示,該RTD的電阻曲線并非完全呈線性,而是有幾度的偏差(示出了一條用作參考的直線),但卻是高度可預測并可復驗的。為了對這種輕微的非線性進行補償,大多數設計人員都會對測得的電阻值進行數字化處理,并使用微控制器內的查找表以便應用校正因子。這種寬溫度范圍(大約-250℃至+750℃)內的可復驗性和穩定性使RTD在高精度應用(包括在管道和大容器內測量液體或氣體的溫度)中極為有用。

RTD

四、IC溫度傳感器

IC傳感器可在-55°C至+150°C的溫度范圍內工作,精選的幾種IC傳感器工作溫度可高達+200°C。有各種類型的集成式IC傳感器,不過四種最常見的集成式IC傳感器當屬模擬輸出器件、數字接口器件、遠程溫度傳感器以及那些具有溫控器功能的集成式IC傳感器(溫度開關)。模擬輸出器件(一般是電壓輸出,但有些也具有電流輸出)在其需要ADC來對輸出信號進行數字化處理時最像無源解決方案。數字接口器件最常使用兩線接口(I2C或PMBus),并具有內置的ADC。

那么,我們在使用溫度傳感器時需要考慮哪些因素呢?主要有兩個:需要測量什么和必須以多高的精度進行測量。這兩個因素受使用的傳感器類型和它與的相對位置 (即傳感器的安裝位置) 的影響。這一點對于像IC傳感器這樣的固有自身發熱傳感器很重要,因溫度實質上是晶體管p-n結二極管本身的溫度。對于IC溫度測量,精確的測量方法是使用一個集成在CPU之極管監測器。

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