溫度測量【溫度傳感器類型】

溫度傳感器主要有RTD、熱電偶、熱敏電阻器、IC傳感器這四種

原文地址引用 http://www.mr-wu.cn/rtd-thermocouple-rtc-thermistor-ic-sensor-compare/

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1所示，該RTD的電阻曲線並不是徹底呈線性，而是有幾度的誤差（示 出了一條用做參考的直線）—— 但倒是高度可預測並可複驗的。爲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，並使用微控制器內的查找表以便應用校訂 因子。這種寬溫度範圍（大約-250℃至+750℃）內的可複驗性和穩定性使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）中極爲有用。

用 來處理RTD模擬信號的電路的複雜度基本上根據應用而變化。放大器和模數轉換器（ADC）等組件（這些組件會產生它們本身的偏差）是不可或缺的。只有當測 量必要時纔給傳感器供電 —— 經過該方法您也可實現低功耗運行，但這會使該電路複雜得多。並且，使傳感器通電所需的功率還會提升其內部的溫度，從而影響測量準確度。僅僅幾毫安的電流， 這種自加熱效應就會產生溫度偏差（這些偏差是可糾正的，但須要進一步的斟酌考量）。另外，請謹記：線繞式鉑RTD或薄膜RTD的成本可能至關高，尤爲當與 IC傳感器的成本進行比較時。

熱敏電阻器

熱敏電阻器是另外一種類型的電阻式傳 感器。有多種多樣可用的熱敏電阻器，從物美價廉的產品到高精度產品，不一而足。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），但很是便宜，並具備非線性的電阻-溫度屬性，如圖2所示。若是您須要測量寬範圍的溫度，您將需進 行大量的線性化處理工做。對幾個溫度點進行校準多是必要的。爲實現更高的精度，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，但這種陣列一般比單個熱敏電阻器靈敏度低。

由於多跳變點系統增長了複雜度和成本，因此低成本熱敏電阻器通常僅用於具備最少功能要求的應用，包括烤麪包器、咖啡機、電冰箱和吹風機。此外，熱敏電阻器還 會遭受自加熱問題的困擾（一般在較高溫度下，此時它們的電阻較低）。和RTD的狀況同樣，還沒有發現不能在低電源電壓下使用熱敏電阻器的根本緣由 —— 但請記住，滿量程輸出越低，它根據模數轉換器（ADC）特性直接轉化成的系統靈敏度越低。小功率應用還須要提升電路複雜度，以便能對噪聲引發的偏差很是敏 感。熱敏電阻器可在-100°C至+500°C的溫度範圍內運行，雖然大多數熱敏電阻器的額定最高工做溫度範圍是+100°C至+150°C。

熱電偶

熱電偶包括由不一樣材料製成的兩根電線的接點。例如，J型熱電偶是由鐵和康銅製成的。如圖3所示，接點1位於待測量的溫度處，而接點2和接點3則被置於用LM35模擬溫度傳感器測定的不一樣溫度處。輸出電壓與這兩個溫度值的差大體成比例。

由於熱電偶的靈敏度至關低（在每攝氏度幾十微伏的量級上），因此您將須要低偏移放大器來產生可用的輸出電壓。在熱電偶的工做範圍內，溫度至電壓傳遞函數中的 非線性每每須要補償電路或查找表，正如RTD和熱電偶同樣。然而，儘管有這些缺點，熱電偶仍很是流行，尤爲適用於烤箱、水加熱器、窯爐、測試設備和其它工 業處理 —— 緣由是熱電偶的熱質量很低且工做溫度範圍（工做溫度可擴展至2300℃以上）很寬泛。

IC傳感器

IC 傳感器可在-55°C至+150°C的溫度範圍內工做 —— 精選的幾種IC傳感器工做溫度可高達+200°C。有各類類型的集成式IC傳感器，不過四種最多見的集成式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備溫控器功能的集成式IC傳感器（溫度開關）。模擬輸出器件（通常是電壓輸出，但有些也具備電流輸出）在其須要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），並具備內置的ADC。

除了也包括一個局部溫度傳感器外，遠程溫度傳感器還具備一路或多路輸入以便監測遠程二極管溫度 —— 它們最常被置於高度集成的數字IC（例如，處理器或現場可編程門陣列【FPGA】）中。當達到溫度閾值時，溫控器可提供簡單的警報。

使 用IC傳感器有許多好處，包括：功耗低；可提供小型封裝產品（有些尺寸小到0.8mm×0.8mm）；還可在某些應用中實現低器件成本。此外，因爲IC傳 感器在生產測試過程當中都通過校準，所以沒有必要進一步校準。它們一般用於健身跟蹤應用、可佩戴式產品、計算系統、數據記錄器和汽車應用。

經驗豐富的電路板設計人員將根據最終產品要求來使用最合適的解決方案。表1展現了每種溫度傳感器的相對優點/劣勢。