溫度傳感器簡介:熱敏電阻,熱電偶,RTD和溫度計IC

2021-01-09 EEToday電子頭條

尼克戴維斯

了解各種類型的溫度傳感器及其各自的優缺點。

溫度傳感器

溫度傳感器是最常用的傳感器之一。所有類型的設備都使用溫度傳感器，包括計算機，汽車，廚房用具，空調和（當然）家用恆溫器。五種最常見的溫度傳感器包括：

熱敏電阻熱電偶RTD（電阻溫度探測器）數字溫度計IC模擬溫度計IC本文將簡要介紹列出的每種傳感器類型。

熱敏電阻

如名稱所暗示，熱敏電阻（即，THERM人RES iStor的）是一種溫度感測裝置，其電阻是其溫度的函數。

熱敏電阻有兩種類型：PTC（正溫度係數）和NTC（負溫度係數）。隨著溫度升高，PTC熱敏電阻的電阻增加。相反，NTC熱敏電阻的電阻隨著溫度的升高而降低，這種類型似乎是最常用的熱敏電阻。見下面的圖1。

圖1. PTC和NTC熱敏電阻電氣符號。

重要的是要認識到熱敏電阻的電阻與其溫度之間的關係是非常非線性的。見下面的圖2。

圖2. NTC熱敏電阻的電阻與溫度的關係。

NTC熱敏電阻的電阻隨溫度變化的標準公式如下：

在

R 25C是室溫下（25°C）熱敏電阻的標稱電阻。該值通常在數據表中提供。β（β）是熱敏電阻的材料常數，以開爾文為單位。該值通常在數據表中提供。T是熱敏電阻的實際溫度，單位為攝氏度。然而，有兩種簡單的技術用於線性化熱敏電阻的行為，即電阻模式和電壓模式。

電阻模式線性化

電阻模式線性化將正常電阻與熱敏電阻並聯。如果電阻器的值與室溫下的熱敏電阻器的值相同，則線性化區域將在室溫附近對稱。見下面的圖3。

圖3.電阻模式線性化。

電壓模式線性化

電壓模式線性化將熱敏電阻與形成分壓電路的普通電阻串聯 - 分壓電路必須連接到已知的，固定且穩定的電壓參考電壓V REF。

這種配置具有產生在溫度上稍微線性的輸出電壓的效果。並且，類似於電阻模式線性化，如果電阻器的值等於室溫下熱敏電阻的電阻，那麼線性化區域將在室溫附近對稱。見下面的圖4。

圖4.電壓模式線性化。

熱電偶

熱電偶通常用於測量更高的溫度和更大的溫度範圍。

總結熱電偶的工作原理，任何經受熱梯度的導體都會產生很小的電壓。這種現象稱為塞貝克效應。產生的電壓的大小取決於金屬的類型。塞貝克效應的實際應用涉及兩種不同的金屬，它們在一端連接並在另一端分開。結的溫度可以通過非結端處的導線之間的電壓來確定。

有各種類型的熱電偶。某些合金組合已經變得流行，並且所需的組合由變量驅動，包括成本，可用性，化學性質和穩定性。不同類型最適合不同的應用，通常根據所需的溫度範圍和靈敏度進行選擇。

有關熱電偶特性的圖表，請參見圖5。

圖5.熱電偶特性。圖片由維基百科提供。

電阻溫度檢測器（RTD）

電阻溫度探測器，也稱為電阻溫度計，可能是最容易理解的溫度傳感器。RTD類似於熱敏電阻，因為它們的電阻隨溫度而變化。然而，與熱敏電阻-RTD一樣，不是使用對溫度變化敏感的特殊材料，而是使用纏繞在由陶瓷或玻璃製成的芯的線圈。

RTD導線是純材料，通常是鉑，鎳或銅，並且該材料具有精確的電阻 - 溫度關係，用於確定測量的溫度。

模擬溫度計IC

除了在分壓器電路中使用熱敏電阻和固定值電阻器之外，替代解決方案還可以是模擬低壓溫度傳感器，例如ADI公司的TMP36。與熱敏電阻相比，該模擬IC提供的輸出電壓幾乎是線性的; 在-40到+ 125°C的溫度範圍內，斜率為10mV /°C，精確到±2°C。見下面的圖6。

圖6. TMP36數據表中的繪圖。

雖然這些器件非常易於使用，但它們比熱敏電阻加電阻組合要昂貴得多。

數字溫度計IC

數字溫度設備更複雜，但它們可以高度準確。此外，它們可以簡化您的整體設計，因為模數轉換發生在溫度計IC內部，而不是像微控制器那樣的單獨設備。例如， Maxim Integrated 的DS18B20的精度為±0.5°C，溫度範圍為-55°C至+ 125°C。

此外，一些數字IC可以配置為從其數據線獲取能量，允許它們僅使用兩條線（即數據/電源和地）連接。單擊此處獲取有關此「1-wire」接口的更多信息。

圖7. DS18B20框圖，取自DS18B20數據手

溫度傳感器類型的比較

下表顯示了所討論的不同溫度傳感器之間的比較。但是，請記住，此信息應作為概括性接收。該表主要面向那些缺乏溫度傳感器的豐富經驗和/或知識的人。

表1.所討論的溫度傳感器的簡要比較。

支持信息

熱電偶使用MAX31855和PICAXE測量熱電偶溫度製作基於EFM8的系統，用於監控和分析熱電偶測量

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