專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(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，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。如果您要進行可靠的溫度測量，就需要為您的應(yīng)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(yīng)各種大氣環(huán)境，而且結(jié)實、價低，無需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線（金屬A和金屬B）構(gòu)成，如圖1所示。當(dāng)熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差?？捎脺y量的電勢差來計算溫度。

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

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

2 熱敏電阻

熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，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(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。

熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應(yīng)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的引線電阻僅造成可忽略的 0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應(yīng)用。尺寸小對于有空間要求的應(yīng)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，它能很快穩(wěn)定，不會造成熱負(fù)載。不過也因此很不結(jié)實，大電流會造成自熱。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(dǎo)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(dāng)通過測量電壓計算RTD 溫度時，數(shù)字萬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（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。如果每條引線有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應(yīng)對RTD作4線歐姆測量。

RTD是最精確和最穩(wěn)定的溫度傳感器，它的線性度優(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(yán)格要求，而速度和價格不太關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。

　

3.1 測量技巧

·使用5mA電流源會因自熱造成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線測量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開關(guān)。

4 溫度IC

溫度集成電路（IC）是一種數(shù)字溫度傳感器，它有非常線性的電壓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(shù)字輸出形式。

4.1 兩類具有如下溫度關(guān)系的溫度IC

·電壓IC: 10 mV/K。

·電流IC: 1μA/K。

溫度IC 的輸出是非常線性的電壓M℃。實際產(chǎn)生的是電壓MKelvin，因此室溫時的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題?？傊?，溫度IC提供產(chǎn)生正比于溫度的易讀讀數(shù)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(fù)載。

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

5 結(jié)語

我們已討論了各類常用溫度傳感器的優(yōu)點和缺點。如果您了解必須的權(quán)衡，為您的應(yīng)用仔細(xì)選擇正確的傳感器，您就能避免常見的缺憾而實現(xiàn)可靠的溫度測量。