專(zhuān)家教你如何挑選正確的溫度傳感器

引言

利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規律把溫度轉換為電量的傳感器。這些呈現規律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測量?jì)x表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類(lèi)。如果您要進(jìn)行可靠的溫度測量，就需要為您的應用選擇正確的溫度傳感器。熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻（RTD）和溫度IC是測試中最常用的溫度傳感器。

1 熱電偶

熱電偶是溫度測量中最常用的傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環(huán)境，而且結實(shí)、價(jià)低，無(wú)需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(xiàn)（金屬A和金屬B）構成，如圖1所示。當熱電偶一端受熱時(shí)，熱電偶電路中就有電勢差?？捎脺y量的電勢差來(lái)計算溫度。

不過(guò)，電壓和溫度間是如圖2所示的非線(xiàn)性關(guān)系，溫度由于電壓和溫度是非線(xiàn)性關(guān)系，因此需要為參考溫度（Tref）作第二次測量，并利用測試設備軟件和M或硬件在儀器內部處理電壓-溫度變換，以最終獲得熱偶溫度（Tx）。Agilent34970A和34980A數據采集器均有內置的測量了運算能力。

簡(jiǎn)而言之，熱偶是最簡(jiǎn)單和最通用的溫度傳感器，但熱偶并不適合高精度的應用。

2 熱敏電阻

熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì )造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線(xiàn)性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線(xiàn)。

熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線(xiàn)上測量的是絕對溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴，可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時(shí)的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線(xiàn)電阻僅造成可忽略的 0.05℃誤差。它非常適合需要進(jìn)行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。

2.1 測量技巧

熱敏電阻體積小是優(yōu)點(diǎn)，它能很快穩定，不會(huì )造成熱負載。不過(guò)也因此很不結實(shí)，大電流會(huì )造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會(huì )在其上因功率而造成發(fā)熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導致永久性的損壞。

3 鉑電阻溫度傳感器

與熱敏電阻相似，鉑電阻溫度傳感器（RTD）也是用鉑制成的熱敏感電阻。當通過(guò)測量電壓計算RTD 溫度時(shí)，數字萬(wàn)用表用已知電流源測量該電流源所產(chǎn)生的電壓。這一電壓為兩條引線(xiàn)（Vlead）上的壓降加RTD上的電壓（Vtemp）。例如，常用RTD 的電阻為100Ω，每1℃僅產(chǎn)生0.385Ω的電阻變化。如果每條引線(xiàn)有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應對RTD作4線(xiàn)歐姆測量。

RTD是最精確和最穩定的溫度傳感器，它的線(xiàn)性度優(yōu)于熱偶和熱敏電阻。但RTD也是最慢和最貴的溫度傳感器。因此RTD最適合對精度有嚴格要求，而速度和價(jià)格不太關(guān)鍵的應用領(lǐng)域。

　

3.1 測量技巧

·使用5mA電流源會(huì )因自熱造成2.5℃的溫度測量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。

·4線(xiàn)測量更為精確，但需要兩倍的引線(xiàn)和兩倍的開(kāi)關(guān)。

4 溫度IC

溫度集成電路（IC）是一種數字溫度傳感器，它有非常線(xiàn)性的電壓M電流-溫度關(guān)系。有些IC傳感器甚至有代表溫度、并能被微處理器直接讀出的數字輸出形式。

4.1 兩類(lèi)具有如下溫度關(guān)系的溫度IC

·電壓IC: 10 mV/K。

·電流IC: 1μA/K。

溫度IC 的輸出是非常線(xiàn)性的電壓M℃。實(shí)際產(chǎn)生的是電壓MKelvin，因此室溫時(shí)的1℃輸出約為3V。溫度IC需要有外電源。通常溫度IC是嵌入在電路中而不用于探測。

溫度IC缺點(diǎn)是溫度范圍非常有限，也存在同樣的自熱、不堅固和需要外電源的問(wèn)題?？傊?，溫度IC提供產(chǎn)生正比于溫度的易讀讀數方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。

4.2 測量技巧

·溫度IC 體積較大，因此它變化慢，并可能造成熱負載。

·把溫度IC用于接近室溫的場(chǎng)合。這是它最流行的應用。雖然測量范圍有限，但也能測量150℃的高溫。

5 結語(yǔ)

我們已討論了各類(lèi)常用溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如果您了解必須的權衡，為您的應用仔細選擇正確的傳感器，您就能避免常見(jiàn)的缺憾而實(shí)現可靠的溫度測量。