常用的四类温度传感器的工作原理

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发表时间:2019-05-06 16:04作者:勒夫迈

生活中常见的四类温度传感器有热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温包括模拟输出和数字输出两种类型。一般来说,选取哪种传感器取决于所需的温度范围、准确度、线性度、解决方案成本、功能、功耗、解决方案尺寸等等。

一、热电偶

热电偶包括由不同材料制成的两根电线的接点。例如,J型热电偶是由铁和康铜制成的。如图所示,接点1位于待测量的温度处,而接点2和接点3则被置于用LM35模拟温度传感器测定的不同温度处。输出电压与这两个温度值的差大致成比例。

热电偶传感器

因为热电偶的灵敏度相当低(在每摄氏度几十微伏的量级上),所以您将需要低偏移放大器来产生可用的输出电压。在热电偶的工作范围内,温度至电压传递函数中的非线性往往需要补偿电路或查找表。然而,尽管有这些缺点,热电偶仍非常流行,尤其适用于烤箱、水加热器、窑炉、测试设备和其它工业处理 —— 原因是热电偶的热质量很低且工作温度范围(工作温度可扩展至2300℃以上)很宽泛。

二、热敏电阻

热敏电阻器是另一种类型的电阻式传感器。低成本、低精度的热敏电阻器可执行简单的测量或阈值检测功能,这类电阻器需多个组件(如比较器、参考和分立式电阻器),但非常便宜,并具有非线性的电阻-温度属性,如图所示。如果您需要测量宽范围的温度,您将需进行大量的线性化处理工作。对几个温度点进行校准可能是必要的。为实现更高的精度,可用更昂贵且公差更紧的热敏电阻阵列来帮助解决这种非线性难题,但这种阵列通常比单个热敏电阻器灵敏度低。

热敏电阻器

三、电阻式温度检测器(RTD)

当一边测量RTD的电阻一边改变它的温度时,响应几乎是线性的,表现得像一个电阻器。如图所示,该RTD的电阻曲线并非完全呈线性,而是有几度的偏差(示出了一条用作参考的直线),但却是高度可预测并可复验的。为了对这种轻微的非线性进行补偿,大多数设计人员都会对测得的电阻值进行数字化处理,并使用微控制器内的查找表以便应用校正因子。这种宽温度范围(大约-250℃至+750℃)内的可复验性和稳定性使RTD在高精度应用(包括在管道和大容器内测量液体或气体的温度)中极为有用。

RTD

四、IC温度传感器

IC传感器可在-55°C至+150°C的温度范围内工作,精选的几种IC传感器工作温度可高达+200°C。有各种类型的集成式IC传感器,不过四种最常见的集成式IC传感器当属模拟输出器件、数字接口器件、远程温度传感器以及那些具有温控器功能的集成式IC传感器(温度开关)。模拟输出器件(一般是电压输出,但有些也具有电流输出)在其需要ADC来对输出信号进行数字化处理时最像无源解决方案。数字接口器件最常使用两线接口(I2C或PMBus),并具有内置的ADC。


那么,我们在使用温度传感器时需要考虑哪些因素呢?主要有两个:需要测量什么和必须以多高的精度进行测量。这两个因素受使用的传感器类型和它与的相对位置 (即传感器的安装位置) 的影响。这一点对于像IC传感器这样的固有自身发热传感器很重要,因温度实质上是晶体管p-n结二极管本身的温度。对于IC温度测量,精确的测量方法是使用一个集成在CPU之极管监测器。