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      主流的溫度傳感器有哪些?該怎么選?
      Time:2019-12-11

      主流的溫度傳感器有哪些?該怎么選?


      16世紀末,伽利略制造了一個(gè)顯示溫度變化的裝置,利用容器內空氣收縮原理,觀(guān)察水柱的高度來(lái)判斷溫度的變化。而我們目前所知道的溫度計是由三托里奧在1612年發(fā)明的,但當時(shí)他也只是做出了一個(gè)雛形。

      發(fā)展至今,作為工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、醫療等行業(yè)最常見(jiàn)的傳感器,溫度傳感器發(fā)展至今可謂是百花齊放。按照作用方式來(lái)分的話(huà),分為接觸式和非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器包括雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等;非接觸式的基本是根據黑體輻射的基本定理,而這類(lèi)傳感器只有對黑體所測的溫度才是真實(shí)溫度,對于非黑體需要進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正,不過(guò)材料表面發(fā)射率的測試精度很難保證,因為其發(fā)射率受溫度、波長(cháng)、表面狀態(tài)、涂層等因素有關(guān)。

      不過(guò),現在主流的溫度傳感器分為四種,即RTD、熱敏電阻、熱電偶以及具有數字和模擬接口的集成電路傳感器。

      RTD

      RTD溫度傳感器主要是金屬制成,通過(guò)溫度變化影響自身電阻值來(lái)測量溫度。雖然常用金屬有銅、鎳和鎳合金,但是鉑憑借良好的線(xiàn)性、重復性和穩定性穩固了溫度參考傳遞國際標準的地位。RTD的電阻是隨著(zhù)溫度的上升而增大,但是也并非是很?chē)栏窬€(xiàn)性,根據下圖我們可以看到,會(huì )產(chǎn)生輕微偏差,一般情況下可以對電阻值進(jìn)行數字化處理,查找校正因子。

      還是以鉑為例,在性能方面,鉑RTD除了具有上述所說(shuō)的線(xiàn)性、重復性和穩定性的優(yōu)點(diǎn),-200~+650℃的測溫范圍,0.1~1.0℃的測溫精度上也是比較優(yōu)良的性能。

      不過(guò),RTD的缺點(diǎn)也是比較明顯,由于需要恒定電壓/電流,所以通電過(guò)程中產(chǎn)生的功率會(huì )影響其所測溫度,影響準確度(需進(jìn)一步糾正)。另外,在RTD模擬信號輸出時(shí),放大器和ADC組件的自身誤差也需要計算在內。

      熱敏電阻

      類(lèi)似于RTD,熱敏電阻也是電阻式傳感器。它的分類(lèi)主要是按照溫度系數劃定,分為正溫度系數熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數熱敏電阻器(NTC)。PTC主要材料為摻雜的BaTiO3半導體陶瓷,而NTC主要材料是過(guò)渡金屬氧化物半導體陶瓷。

      以NTC為例,雖然不是線(xiàn)性變化,但是它的線(xiàn)性度是指數函數,電阻值隨著(zhù)溫度的升高而降低。由于其本身材料因素,所以它的整體價(jià)格相對于鉑RTD來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟,同時(shí),材料選用也是相對靈活,能夠加工成各式各樣的形狀以及小型化處理。另外,由于其電阻隨溫度變化極為靈敏,它的測量精度與鉑RTD不相上下,為0.05~1.5℃。

      同樣的,由于通電過(guò)程中,產(chǎn)生的自熱和ADC等因素會(huì )對測量結果造成影響,所以NTC的測量結果也需要進(jìn)行糾正。它的適用溫度范圍相對來(lái)說(shuō)也比較苛刻,一般在0-150℃左右。需要指出的是,由于NTC元件容易老化,穩定性也一般。

      熱電偶

       

      熱電偶傳感器是屬于非常常見(jiàn)的接觸式傳感器,通過(guò)兩種不同的導體材料兩端接合形成回路。當結合點(diǎn)兩端的溫度不同,回路就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢,也稱(chēng)為熱電勢,根據熱電勢的大小,在連接的表盤(pán)上顯示溫度。

      由于使用材料的靈活性,熱電偶傳感器的測溫范圍很廣,工作溫度最高可以達到2000℃以上,且屬于耐用器件,可用于危險惡劣的環(huán)境下。同時(shí)它的感應接合點(diǎn)是直接暴露的,所以它對溫度變化的響應較快。其實(shí)我們從原理上就可以看出來(lái),熱電偶傳感器不需要外接電源,所以它不容易產(chǎn)生自發(fā)熱。

      顯然,熱電偶傳感器在準確度以及穩定性上會(huì )稍遜一籌,它的測溫精度在0.5-5.0℃,而由于暴露,抗腐蝕性較弱,所以穩定性不如RTD和熱敏電阻。

      IC類(lèi)傳感器

      IC類(lèi)溫度傳感器屬于集成式的傳感器,目前分為模擬輸出傳感器、數字輸出傳感器、遠程溫度傳感器以及溫度開(kāi)關(guān)類(lèi)的具有溫控器功能的傳感器。不過(guò),從主流分類(lèi)來(lái)看,模擬集成溫度傳感器和模擬集成數字傳感器使用較多。這兩款傳感器都屬于內置ADC,將溫度傳感器集成在芯片上進(jìn)行測量、計算、輸出等動(dòng)作。IC類(lèi)溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于功耗較低,體積小,集成度高,生產(chǎn)測試過(guò)程中已經(jīng)做過(guò)校準,所以出廠(chǎng)后無(wú)需再次校準。

      缺點(diǎn)在于,它的測試溫度范圍僅為-70~+150℃,測溫精度與熱電偶傳感器差不多,為0.5-5.0℃。

      在物聯(lián)網(wǎng)成為風(fēng)口、傳感器需求加速增長(cháng)的時(shí)代下,溫度傳感器無(wú)疑將會(huì )成為最重要的器件之一,如何選擇合適的溫度傳感器,需要從溫度范圍、精度、成本等多個(gè)角度考量。

      文章來(lái)源于物聯(lián)傳媒 ,作者Vior.Liu

       

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