溫度傳感器以及各自的考慮因素、好處和缺點
我們每天使用溫度傳感器進行建筑物溫度控制，水溫調節(jié)和冰箱控制。溫度傳感器在許多其他應用中也至關重要，例如消費品，醫(yī)療和工業(yè)電子產品。
每個應用可能具有不同的溫度感測需求。差異包括測量內容(空氣，質量或液體)，測量位置(內部或外部)以及測量溫度范圍?，F(xiàn)代電子設備中最常用的溫度傳感器有四種:熱電偶，RTD(電阻溫度檢測器)，熱敏電阻和基于半導體的集成電路(IC)。
這里重點解說這四種主要類型的溫度傳感器，每種類型的考慮因素，優(yōu)點和缺點。
一、熱電偶
上海自動化儀表三廠熱電偶是最常用的溫度傳感器類型。它們用于工業(yè)，汽車和消費者應用。熱電偶是自供電的，無需激勵，可在很寬的溫度范圍內工作，并具有快速響應時間。
熱電偶通過將兩根不同的金屬線連接在一起而制成。這導致塞貝克效應。塞貝克效應是兩種不同導體的溫差產生兩種物質之間的電壓差的現(xiàn)象。1正是這個電壓差可以測量并用于計算溫度。
有幾種類型的熱電偶由各種不同的材料制成，這允許不同的溫度范圍和不同的靈敏度。不同的類型由指定的字母區(qū)分。最常用的是K型。表1顯示了幾種常見類型的熱電偶的特性。
表1.熱電偶類型和特性
熱電偶的一些缺點包括測量溫度可能具有挑戰(zhàn)性，因為它們的輸出電壓很小，這需要精確放大，對長導線上的外部噪聲敏感，以及冷結。冷結是熱電偶線與信號電路的銅跡線相遇的地方。這產生了另一個需要補償?shù)娜惪诵?，稱為冷端補償。
上海自動化儀表三廠提供輸出熱電偶。這些器件通過集成高分辨率模數(shù)轉換器(ADC)，低噪聲精度增益級和冷端補償傳感器，有助于信號調理。這些器件通過在小型封裝中提供精確的信號調理解決方案，幫助設計熱電偶電路。它們與許多流行的熱電偶配合使用。
二、RTD(電阻溫度檢測器
隨著溫度的變化，任何金屬的電阻也會發(fā)生變化。這種電阻差異是RTD溫度傳感器的基礎。RTD是一種具有明確定義的電阻與溫度特性的電阻器。鉑是用于制造RTD的最常見和最準確的材料。也稱為PRTD。它們通常在0°C時具有100Ω和1000Ω電阻。它們分別稱為PT100和PT1000。
使用鉑RTD是因為它們對溫度變化提供接近線性的響應，它們穩(wěn)定且準確，它們提供可重復的響應，并且它們具有寬的溫度范圍。RTD通常用于精密應用，因為它們具有準確性和可重復性。
元件通常具有較高的熱質量，因此對溫度變化的響應比熱電偶慢。信號調理在RTD中很重要。它們還需要激勵電流流過RTD。如果已知該電流，則可以計算電阻。
配置包括兩線，三線和四線選項。當引線長度足夠短以使電阻不會顯著影響測量精度時，雙線選項非常有用。三線制增加了一個承載激勵電流的RTD探頭。這提供了消除導線電阻的方法。四線是最精確的，因為單獨的力和感測引線消除了線電阻的影響。圖1顯示了兩線，三線和四線RTD配置的示例。RTD提供了具有15位分辨率的每個配置一個專用的RTD信號調節(jié)電路和提供了解決方案，以加速兩種PT100和PT1000的RTD設計。
三、熱敏電阻
熱敏電阻類似于RTD，因為溫度變化會導致可測量的電阻變化。熱敏電阻通常由聚合物或陶瓷材料制成。在大多數(shù)情況下，熱敏電阻更便宜，但也不如RTD準確。大多數(shù)熱敏電阻有兩種配置。
負溫度系數(shù))熱敏電阻是最常用的溫度測量熱敏電阻應用。NTC熱敏電阻的電阻隨溫度升高而降低。熱敏電阻具有非線性耐溫關系。這需要進行重大修正才能正確解釋數(shù)據(jù)。使用熱敏電阻的常用方法如圖2所示，其中熱敏電阻和固定值電阻形成分壓器，其輸出由ADC數(shù)字化。
四、基于半導體的
基于半導體的溫度傳感器IC有兩種不同的類型:本地溫度傳感器和遠程數(shù)字溫度傳感器。本地溫度傳感器是通過使用晶體管的物理特性來測量其自身管芯溫度的IC。遠程數(shù)字溫度傳感器測量外部晶體管的溫度。
本地溫度傳感器可以使用模擬或數(shù)字輸出。模擬輸出可以是電壓或電流，而數(shù)字輸出可以采用多種格式，如I2C，SMBus，1-Wire?和串行外設接口(SPI)。本地溫度傳感器檢測印刷電路板或其周圍環(huán)境空氣的溫度。是一個非常小的局部溫度傳感器，并且可以在多種應用中，包括電池供電的應用中使用。
通過使用晶體管的物理特性，遠程數(shù)字溫度傳感器像本地溫度傳感器一樣工作。不同之處在于晶體管遠離傳感器芯片。一些微處理器和FPGA包括雙極感應晶體管，用于測量目標IC的芯片溫度。
摘要
上海自動化儀表三廠熱電偶，RTD，熱敏電阻和基于半導體的IC是當今使用的主要溫度傳感器類型。熱電偶價格低廉，經(jīng)久耐用，可以測量各種溫度。RTD提供各種溫度測量(雖然小于熱電偶)并提供準確和可重復的測量，但它們較慢，需要激勵電流，并需要信號調理。熱敏電阻耐用且體積小，但它們不如RTD準確，并且需要更多的數(shù)據(jù)校正來解釋溫度?；诎雽w的IC可以靈活地植入，并且可以采用極小的封裝，但它們具有有限的溫度范圍。
雖然還有其他溫度傳感器可供選擇，但本博客中討論的四種選擇將為大多數(shù)設計人員提供一種解決方案，以找到適合其應用的解決方案。
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