溫度傳感器的選擇

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(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)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(cè)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^r溫度IC是測(cè)試中最常用的溫度傳感器1熱電偶熱電偶是溫度測(cè)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(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(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(shí)，熱電偶電路中就有電勢(shì)差。可用測(cè)量的電勢(shì)差來(lái)計(jì)算溫度。不過(guò)，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(cè)量，并利用測(cè)試設(shè)備軟件和/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(cè)量了運(yùn)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(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(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(duì)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(duì)自熱誤差極為敏感。熱敏電阻在兩條線上測(cè)量的是絕對(duì)溫度，有較好的精度，但它比熱偶貴，可測(cè)溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25°C時(shí)的阻值為5kQ，每1。的溫度改變?cè)斐?00Q的電阻變化。注意10Q的引線電阻僅造成可忽略的0.05C誤差。它非常適合需要進(jìn)行快速和靈敏溫度測(cè)量的電流控制應(yīng)用。尺寸小對(duì)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(cè)量技巧熱敏電阻體積小是優(yōu)點(diǎn)，它能很快穩(wěn)定，不會(huì)造成熱負(fù)載。不過(guò)也因此很不結(jié)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(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(guò)測(cè)量電壓計(jì)算RTD溫度時(shí)，數(shù)字萬(wàn)用表用已知電流源測(cè)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100Q，每1°C僅產(chǎn)生0.385Q的電阻變化。如果每條引線有10Q電阻，就將造成26C的測(cè)量誤差，這是不可接受的。所以應(yīng)對(duì)RTD作4線歐姆測(cè)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(duì)精度有嚴(yán)格要求，而速度和價(jià)格不太關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。3.1測(cè)量技巧?使用5mA電流源會(huì)因自熱造成2.5C的溫度測(cè)量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。?4線測(cè)量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開(kāi)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(lèi)具有如下溫度關(guān)系的溫度IC?電壓IC:10mV/K。?電流IC:1gA/Ko溫度IC的輸出是非常線性的電壓/C。實(shí)際產(chǎn)生的是電壓/Kelvin，因此室溫時(shí)的1C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(cè)。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(jiān)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(shù)方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。4.2測(cè)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(chǎng)合。這是它最流行的應(yīng)用。雖然測(cè)量范圍有限，但也能測(cè)量150C的高溫。5結(jié)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(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(jiàn)的缺憾而實(shí)現(xiàn)可靠的溫度測(cè)量。熱電偶、熱電阻溫度傳感器比較［摘要］:將兩種不同刊金屬導(dǎo)悻焊接在一起，構(gòu)成閉臺(tái)回路，如在焊接端〔即測(cè)量端）加熱產(chǎn)生溫差,則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，止怫中現(xiàn)家稱(chēng)為塞貝克麴立.（Seebeck-effect）o［關(guān)鍵詞］：熱電偶熱電阻溫度傳感器1-熱電偶、熱電阻工作原理授特點(diǎn)丞電偶工作原理將柄伸不同的金屬導(dǎo)體焊接在一起，構(gòu)成閉臺(tái)回路，如在焊接端：（即颯里端｝加地產(chǎn)生溫差，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱!電動(dòng)勢(shì)，此辯現(xiàn)象稱(chēng)為塞囚克效應(yīng)（Seebeck-effect）。如將另一端（即參考端#溫度保持一定（一般為0偵￥，那劣回路的熟電動(dòng)勢(shì)則變成則里端溫度的單值函數(shù)。睫種以測(cè)重?zé)犭妱?dòng)勢(shì)的方法來(lái)刪里溫度的元件，即兩種成對(duì)的金屬導(dǎo)體，稱(chēng)為熱電偶。熱電偶產(chǎn)生的丞電動(dòng)勢(shì)，其大小僅與熱!電鍛材料顯兩端溫差有關(guān)，與熱電糧長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)。=■熱電阻工作原理工業(yè)用熱!電阻骨鉗熱電阻和洞熱電阻兩大類(lèi)。熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)自身電阻也隨若發(fā)生變化的特性來(lái)酒是溫度的。熱電阻的受熱部份（感溫元件〕是用細(xì)金屬絲均勻地毆統(tǒng)在絕緣材料制成的骨架上。當(dāng)被刪介原中有溫度發(fā)生變化時(shí)，所刪得的溫度是感溫元件所在范囹內(nèi)建質(zhì)中的平均溫.度。=i熱電偶、熱電阻特點(diǎn)熱電隅熱電阻熱電隅1司其它種溫度計(jì)相比具有如下特點(diǎn)：a、優(yōu)點(diǎn)熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行椅測(cè)，伊寸于溫度的刪星、控制，以及對(duì)溫度信號(hào)的披大、變換等都很方便，-結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，價(jià)格便宜，?惰性小，?-準(zhǔn)暗度高，則溫范國(guó)廣，-能適應(yīng)各神刪量對(duì)象的要求t特定都遂酎狹水場(chǎng)所）頂點(diǎn)溫和面溫的刪星,適于遠(yuǎn)距離珈星利控眥。k缺點(diǎn)刑呈準(zhǔn)破度淮以超如&-您須有簽考端，并且溫度要保持恒定..在高溫食長(zhǎng)期使用時(shí)，因受被刎介質(zhì)影響或氣氟腐蝕忤用《如氧化、還原）等而發(fā)生劣化。熱電阻同其它種溫度計(jì)相比具有如下特點(diǎn)：a、 優(yōu)點(diǎn)-準(zhǔn)確度高。在所有常用溫度計(jì)中，準(zhǔn)確度最高，可達(dá)lEk。：輸出信號(hào)友，靈敏度高。近在。弋用PtWO^熱電阻刪溫，當(dāng)溫度寰化1藝時(shí)，其電阻值約寰化EUQ,如果通過(guò)電流為2mA,珈其電壓輸出星變化為BOdpV。在相同條件下，即使靈散度比較高的K型熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)變化也只有左右。由此可見(jiàn)，熱電阻的靈敏度較熱電隅高一個(gè)數(shù)量級(jí)。刪溫范圍廣，穩(wěn)定性好。在振動(dòng)小而適宜的環(huán)境下，可在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持o.n：以下的穩(wěn)定性■::無(wú)需?患點(diǎn)。溫度值可由測(cè)得的電阻值直接求出。輸出線性好。R用簡(jiǎn)單的浦助回路就能得至蜓性輸出，顯示夜表可均易刻度。缺點(diǎn)-策用細(xì)金屬絲的熱電阻元件抗機(jī)彳成沖擊與振動(dòng)性能差普?元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難大，尺寸較大，因此，熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)§-不適宜刪星體根犢小制溫度瞬變底域。熟電偶、迭電阻通用要求二溫度刪量范圍和允許誤差熱電偈名稱(chēng)型號(hào)分度號(hào)允差等級(jí)刪量范圍（幻）允差（參考端為0"C