常用温度传感器及其接口电路介绍
昌晖 2023-03-30

温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。

温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。


热敏电阻

用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。

这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。


热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。


①自热问题

由于热敏电阻是一个电阻,电流流过它时会产生一定的热量,因此电路设计人员应确保拉升电阻足够大,以防止热敏电阻自热过度,否则系统测量的是热敏电阻发出的热,而不是周围环境的温度。

热敏电阻消耗的能量对温度的影响用耗散常数来表示,它指将热敏电阻温度提高比环境温度高1℃所需要的毫瓦数。耗散常数因热敏电阻的封装、管脚规格、包封材料及其它因素不同而不一样。


系统所允许的自热量及限流电阻大小由测量精度决定,测量精度为±5℃的测量系统比精度为±1℃测量系统可承受的热敏电阻自热要大。
应注意拉升电阻的阻值必须进行计算,以限定整个测量温度范围内的自热功耗。给定出电阻值以后,由于热敏电阻阻值变化,耗散功率在不同温度下也有所不同。

一旦热敏电阻的输入标定完成以后,就可以用图表表示出实际电阻与温度的对应情况。由于热敏电阻是非线性的,所以需要用图表表示,系统要知道对应每一个温度ADC的值是多少,表的精度具体是以1℃为增量还是以5℃为增量要根据具体应用来定。


②累积误差

用热敏电阻测量温度时,在输入电路中要选择好温度传感器及其它元件,以便和所需要的精度相匹配。有些场合需要精度为1%的电阻,而有些可能需要精度为0.1%的电阻。在任何情况下都应用一张表格算出所有元件的累积误差对测量精度的影响,这些元件包括电阻、参考电压及热敏电阻本身。

如果要求精度高而又想少花一点钱,则需要在系统构建好后对它进行校准,由于线路板及热敏电阻必须在现场更换,所以一般情况下不建议这样做。在设备不能作现场更换或工程师有其它方法监控温度的情况下,也可以让软件建一张温度对应ADC变化的表格,这时需要用其它工具测量实际温度值,软件才能创建相对应的表格。对于有些必须要现场更换热敏电阻的系统,可以将要更换的元件(传感器或整个模拟前端)在出厂前就校准好,并把校准结果保存在磁盘或其它存储介质上,当然,元件更换后软件必须要能够知道使用校准后的数据。


总的来说,热敏电阻是一种低成本温度传感器,而且使用也很简单,下面我们介绍热电阻温度传感器和热电偶温度传感器。


热电阻

温度探测器(RTD)实际上是一根特殊的导线,它的电阻随温度变化而变化,通常RTD材料包括铜、铂、镍及镍/铁合金。RTD元件可以是一根导线,也可以是一层薄膜,采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料基底上。

热电偶

由两种不同金属结合而成,它受热时会产生微小的电压,电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料,铁-康铜(J型)、铜-康铜(T型)和铬-铝(K型)热电偶是最常用的三种。

热电偶产生的电压很小,通常只有几毫伏。K型热电偶温度每变化1℃时电压变化只有大约40μV,因此测量系统要能测出4μV的电压变化测量精度才可以达到0.1℃。


由于两种不同类型的金属结合在一起会产生电位差,所以热电偶与测量系统的连接也会产生电压。一般把连接点放在隔热块上以减小这一影响,使两个节点处以同一温度下,从而降低误差。有时候也会测量隔热块的温度,以补偿温度的影响。


测量热电偶电压要求的增益一般为100到300,而热电偶撷取的噪声也会放大同样的倍数。通常采用测量放大器来放大信号,因为它可以除去热电偶连线里的共模噪声。市场上还可以买到热电偶信号调节器,如模拟器件公司的AD594/595,可用来简化硬件接口。


固态热传感器

最简单的半导体温度传感器就是一个PN结,例如二极管或晶体管基极-发射极之间的PN结。如果一个恒定电流流过正向偏置的硅PN结,正向压降在温度每变化1℃时会降低1.8mV。很多IC利用半导体的这一特性来测量温度,包括美信的MAX1617、国半的LM335和LM74等等。半导体传感器的接口形式多样,从电压输出到串行SPI/微线接口都可以。

温度传感器种类很多,通过正确地选择软件和硬件,一定可以找到适合自己应用的温度传感器。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 【7.24 深圳】2025国际AI+IoT生态发展大会/2025全球 MCU及嵌入式技术论坛


  • 相关技术文库
  • 元器件
  • 电阻
  • 电容
  • 电感
  • 想要了解检测技术?变压器局放检测不妨认识一下

    检测技术给我们带来了很多好处,而对于检测,自动化等专业的朋友或多或少有所了解。往期文章中,小编对CCD检测、电阻检测等均有所阐述。为增进大家对检测技术的认识,本文将介绍变压器局放检测技术。如果你对检测具...

    07-10
  • 电解电容如何检测?这些检测技巧教给你

    在往期文章中,小编对检测相关技术的讨论还是挺多的,譬如光敏电阻检测、机器视觉检测、电缆电器性能检测等等。但是,针对不同的应用对象,其检测技术往往有所不同。为帮助大家掌握更多的检测技术,本文就电解电容...

    07-10
  • 大牛带你看检测技术,电容器检测技术分析

    检测技术是各大行业都不可缺少的技术,检测的应用,能帮助发现系统、设备存在的一些隐性故障。通过检测,我们能够确保系统、设备的稳定性。为增进大家对检测的了解,本文将介绍电容器的一些检测技巧。如果你对检测...

    07-10
  • 一看就懂!动画讲解LC振荡器的工作原理

    电感器是由电线线圈组成的设备,包裹在磁性材料上...

    07-09
  • 滤波器有哪些分类?这些滤波器使用注意事项你都知道吗?

    滤波器的使用,使得特定频率的信号能够被过滤掉。在上篇滤波器文章中,小编对滤波器的主要参数有所阐述。为增进大家对滤波器的认识,本文将对滤波器的主要分类,以及滤波器的使用注意事项予以介绍。如果你对滤波器...

    07-09
  • ups电源有何注意事项?大佬教你如何维修ups电源

    ups电源是生活中的常用电源类型之一,对于ups电源,很多朋友其实都有所了解。为增进大家对ups电源的认识,本文将基于两点介绍ups电源:1.ups电源使用注意事项,2.ups电源维修技巧。如果你对ups电源具有兴趣,不妨继...

    07-09
  • 光耦使用经验贴,大佬传授光耦实用技巧

    光耦,也就是光耦合器,在电路中应用广泛。上篇文章中,小编介绍了光耦的技术参数,但这只是理论部分。如果想要掌握光耦的应用,还需自己动手尝试。为增进大家对光耦的认识,本文将介绍光耦的实用技巧。如果你对光...

    07-08
  • 如何维护逆变器?看看哪些因素将影响逆变器寿命

    逆变器无疑是工业应用中常用的转换器之一了,对于逆变器,我们或多或少具备一定的了解。为增进大家对逆变器的了解,本文将对影响逆变器寿命的因素予以介绍。如果你对逆变器相关内容具有兴趣,不妨同小编一起继续往...

    07-07
  • 射频电路仿真

    信息时代的到来极大地改变了人类社会的生产、生活、工作和学习方式。射频功率放大器不仅在通讯系统中得到广泛应用,还逐渐被应用于其他领域内。本文为一种新型射频导热治疗仪所设计的大功率射频放大器电路,满足工...

    07-04
  • dht11温湿度传感器工作原理

    DHT11为 4 针单排引脚封装,如下图,采用单线制串行接口,只需加适当的上拉电阻,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 二.传感器参数 1.DHT11电气参数如下: 型号 测量...

    07-04
  • 绝对压力变送器的工作原理是什么?绝对压力变送器选型事项介绍

    压力变送器作为测量仪器,是工业中最常用的传感器之一。上篇文章中,小编对压力变送器的种类有所阐述。为增进大家对压力变送器的认识,本文将对绝对压力变送器、绝对压力变送器的原理以及选型予以介绍。如果你对压...

    07-03
  • 继电器有何用途?高频继电器结构、原理、特点一览

    继电器,虽是老生常谈的话题,但是却耐人寻味。本文中,小编将对继电器、继电器的主要作用予以阐述。此外,小编还将介绍高频继电器的工作原理、高频继电器的特点和高频继电器的结构。如果你对继电器具有兴趣,不妨...

    07-02
下载排行榜
更多
评测报告
更多
广告