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如何为温度传感器选择正确的热敏电阻?

来源:www.zuowenzhai.com    作者:编辑   日期:2024-05-28
如何为温度传感器选择正确的热敏电阻?

热敏电阻得自己买,电路如果自己搭的话就用op做一个恒流源并让这个电流通过这个电阻,产生一个电压,再用adc将进行模数转换,得到一个电压值,由单片机处理后会算出一个电阻值,因为热敏电阻是非线性的,需要有校正(方法是用不同温度标定,得到多组温度及对应的电阻值,用这些值拟合出一个多项式),将电压带入这个多项式就能计算出对应的温度

正确挑选温度传感器的方法
温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。如果您要进行可靠的温度测量,就需要为您的应用选择正确的温度传感器。接下来小编主要介绍用户是如何正确挑选温度传感器的方法。
1 热电偶
热电偶是温度测量中最常用的传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境,而且结实、价低,无需供电,尤其最便宜。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成。当热电偶一端受热时,热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。
不过,电压和温度间是如图2所示的非线性关系,温度由于电压和温度是非线性关系,因此需要为参考温度(Tref)作第二次测量,并利用测试设备软件和∕或硬件在仪器内部处理电压-温度变换,以最终获得热偶温度(Tx)。Agilent34970A和34980A数据采集器均有内置的测量了运算能力。
简而言之,热偶是最简单和最通用的温度传感器,但热偶并不适合高精度的应用。
2 热敏电阻
热敏电阻是用半导体材料,大多为负温度系数,即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变,因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差,并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。
热敏电阻体积非常小,对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源,小尺寸也使它对自热误差极为敏感。
热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度, 有较好的精度,但它比热偶贵,可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ,每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的,但必须注意防止自热误差。
2.1 测量技巧
热敏电阻体积小是优点,它能很快稳定,不会造成热负载。不过也因此很不结实,大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件,任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中,将导致永久性的损坏。
3 铂电阻温度传感器
与热敏电阻相似,铂电阻温度传感器(RTD)也是用铂制成的热敏感电阻。当通过测量电压计算RTD 温度时,数字万用表用已知电流源测量该电流源所产生的电压。这一电压为两条引线(Vlead)上的压降加RTD上的电压(Vtemp)。例如,常用RTD 的电阻为100Ω,每1℃仅产生0.385Ω的电阻变化。如果每条引线有10Ω电阻,就将造成26℃的测量误差,这是不可接受的。所以应对RTD作4线欧姆测量。
RTD是最精确和最稳定的温度传感器,它的线性度优于热偶和热敏电阻。但RTD也是最慢和最贵的温度传感器。因此RTD最适合对精度有严格要求,而速度和价格不太关键的应用领域。
3.1 测量技巧
·使用5mA电流源会因自热造成2.5℃的温度测量误差。因此把自热误差减到最小是极为重要的。
·4线测量更为精确,但需要两倍的引线和两倍的开关。
4 温度IC
温度集成电路(IC)是一种数字温度传感器,它有非常线性的电压∕电流-温度关系。有些IC传感器甚至有代表温度、并能被微处理器直接读出的数字输出形式。
4.1 两类具有如下温度关系的温度IC
·电压IC: 10 mV/K。
·电流IC: 1μA/K。
温度IC 的输出是非常线性的电压∕℃。实际产生的是电压∕Kelvin,因此室温时的1℃输出约为3V。温度IC需要有外电源。通常温度IC是嵌入在电路中而不用于探测。
温度IC缺点是温度范围非常有限,也存在同样的自热、不坚固和需要外电源的问题。总之,温度IC提供产生正比于温度的易读读数方法。它很便宜,但也受到配置和速度限制。
4.2 测量技巧
·温度IC 体积较大,因此它变化慢,并可能造成热负载。
·把温度IC用于接近室温的场合。这是它最流行的应用。虽然测量范围有限,但也能测量150℃的高温。
以上是小编为大家详细提供的如何正确挑选温度传感器的方法,通过以上小编详细的介绍,对我们选择温度传感器是很有帮助的,这样我们就不会选错温度传感器,根据使用环境的不同来挑选不同的温度传感器这样就不会出现选择不适合自己的仪器,影响仪器的性能和缩短仪器使用寿命。
--> 温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。如果您要进行可靠的温度测量,就需要为您的应用选择正确的温度传感器。接下来小编主要介绍用户是如何正确挑选温度传感器的方法。
1 热电偶
热电偶是温度测量中最常用的传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境,而且结实、价低,无需供电,尤其最便宜。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成。当热电偶一端受热时,热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。
不过,电压和温度间是如图2所示的非线性关系,温度由于电压和温度是非线性关系,因此需要为参考温度(Tref)作第二次测量,并利用测试设备软件和∕或硬件在仪器内部处理电压-温度变换,以最终获得热偶温度(Tx)。Agilent34970A和34980A数据采集器均有内置的测量了运算能力。
简而言之,热偶是最简单和最通用的温度传感器,但热偶并不适合高精度的应用。
2 热敏电阻
热敏电阻是用半导体材料,大多为负温度系数,即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变,因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差,并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。
热敏电阻体积非常小,对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源,小尺寸也使它对自热误差极为敏感。
热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度, 有较好的精度,但它比热偶贵,可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ,每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的,但必须注意防止自热误差。
2.1 测量技巧
热敏电阻体积小是优点,它能很快稳定,不会造成热负载。不过也因此很不结实,大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件,任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中,将导致永久性的损坏。
3 铂电阻温度传感器
与热敏电阻相似,铂电阻温度传感器(RTD)也是用铂制成的热敏感电阻。当通过测量电压计算RTD 温度时,数字万用表用已知电流源测量该电流源所产生的电压。这一电压为两条引线(Vlead)上的压降加RTD上的电压(Vtemp)。例如,常用RTD 的电阻为100Ω,每1℃仅产生0.385Ω的电阻变化。如果每条引线有10Ω电阻,就将造成26℃的测量误差,这是不可接受的。所以应对RTD作4线欧姆测量。
RTD是最精确和最稳定的温度传感器,它的线性度优于热偶和热敏电阻。但RTD也是最慢和最贵的温度传感器。因此RTD最适合对精度有严格要求,而速度和价格不太关键的应用领域。
3.1 测量技巧
·使用5mA电流源会因自热造成2.5℃的温度测量误差。因此把自热误差减到最小是极为重要的。
·4线测量更为精确,但需要两倍的引线和两倍的开关。
4 温度IC
温度集成电路(IC)是一种数字温度传感器,它有非常线性的电压∕电流-温度关系。有些IC传感器甚至有代表温度、并能被微处理器直接读出的数字输出形式。
4.1 两类具有如下温度关系的温度IC
·电压IC: 10 mV/K。
·电流IC: 1μA/K。
温度IC 的输出是非常线性的电压∕℃。实际产生的是电压∕Kelvin,因此室温时的1℃输出约为3V。温度IC需要有外电源。通常温度IC是嵌入在电路中而不用于探测。
温度IC缺点是温度范围非常有限,也存在同样的自热、不坚固和需要外电源的问题。总之,温度IC提供产生正比于温度的易读读数方法。它很便宜,但也受到配置和速度限制。
4.2 测量技巧
·温度IC 体积较大,因此它变化慢,并可能造成热负载。
·把温度IC用于接近室温的场合。这是它最流行的应用。虽然测量范围有限,但也能测量150℃的高温。
以上是小编为大家详细提供的如何正确挑选温度传感器的方法,通过以上小编详细的介绍,对我们选择温度传感器是很有帮助的,这样我们就不会选错温度传感器,根据使用环境的不同来挑选不同的温度传感器这样就不会出现选择不适合自己的仪器,影响仪器的性能和缩短仪器使用寿命。

当面对数以千计的热敏电阻类型时,选型可能会造成相当大的困难。在这篇技术文章中,我将为您介绍选择热敏电阻时需牢记的一些重要参数,尤其是当要在两种常用的用于温度传感的热敏电阻类型(负温度系数NTC热敏电阻或硅基线性热敏电阻)之间做出决定时。NTC热敏电阻由于价格低廉而广泛使用,但在极端温度下提供精度较低。硅基线性热敏电阻可在更宽温度范围内提供更佳性能和更高精度,但通常其价格较高。下文中我们将会介绍,正在市场投放中的其他线性热敏电阻,可以提供更具成本效益的高性能选件,帮助解决广泛的温度传感需求的同时不会增加解决方案的总体成本。

适用于您应用的热敏电阻将取决于许多参数,例如:

物料清单(BOM)成本

电阻容差

校准点

灵敏度(每摄氏度电阻的变化)

自热和传感器漂移

物料清单成本

热敏电阻本身的价格并不昂贵。由于它们是离散的,因此可以通过使用额外的电路来改变其电压降。例如,如果您使用的是非线性的NTC热敏电阻,且希望在设备上出现线性电压降,则可选择添加额外的电阻器帮助实现此特性。但是,另一种可降低BOM和解决方案总成本的替代方案是使用自身提供所需压降的线性热敏电阻。好消息是,借助我们的新型线性热敏电阻系列,工程师可以简化设计、降低系统成本并将印刷电路板(PCB)的布局尺寸至少减少33%。

电阻容差

热敏电阻按其在25°C时的电阻容差进行分类,但这并不能完全说明它们如何随温度变化。您可以使用设计工具或数据表中的器件电阻与温度(R-T)表中提供的最小、典型和最大电阻值来计算相关的特定温度范围内的容差。

为了说明容差如何随热敏电阻技术的变化而变化,让我们比较一下NTC和我们的基于TMP61硅基热敏电阻,它们的额定电阻容差均为±1%。图1说明了当温度偏离25°C时,两个器件的电阻容差都会增加,但在极端温度下两者之间会有很大差异。计算此差异非常重要,这样您就可选择相关温度范围内保持较低容差的器件。

图1:电阻容差:NTC与TMP61

校准点

并不知晓热敏电阻在其电阻容差范围内的位置会降低系统性能,因为您需要更大的误差范围。校准将告知您期望的电阻值,这可帮助您大幅减少误差范围。但是,这是制造过程中的一个附加步骤,因此应尽量将校准保持在更低水平。

校准点的数量取决于所使用的热敏电阻类型以及应用的温度范围。对于较窄的温度范围,一个校准点适用于大多数热敏电阻。对于需要宽温度范围的应用,您有两种选择:1)使用NTC校准三次(这是由于它们在极端温度下的灵敏度低且有较高电阻容差),或2)使用硅基线性热敏电阻校准一次,其比NTC更加稳定。

灵敏度

当试图从热敏电阻获得良好精度时,每摄氏度电阻(灵敏度)出现较大变化只是其中一个难题。但是,除非您通过校准或选择低电阻容差的热敏电阻在软件中获得正确的电阻值,否则较大的灵敏度也将无济于事。

由于NTC电阻值呈指数下降,因此在低温下具有极高的灵敏度,但是随着温度升高,灵敏度也会急剧下降。硅基线性热敏电阻的灵敏度不像NTC那样高,因此它可在整个温度范围内进行稳定测量。随着温度升高,硅基线性热敏电阻的灵敏度通常在约60°C时超过NTC的灵敏度。

自热和传感器漂移

热敏电阻以热量形式散发能耗,这会影响其测量精度。散发的热量取决于许多参数,包括材料成分和流经器件的电流。

传感器漂移是热敏电阻随时间漂移的量,通常通过电阻值百分比变化给出的加速寿命测试在数据表中指定。如果您的应用要求使用寿命较长,且灵敏度和精度始终如一,请选择具有较低自热且传感器漂移小的热敏电阻。

那么,您应该何时在NTC上使用像TMP61这样的硅线性热敏电阻呢?

查看表1,您可以发现:相同价格下,几乎在硅基线性热敏电阻的规定工作温度范围内的任何情况下,硅基线性热敏电阻都可以从其线性和稳定性中获益。硅基线性热敏电阻也有商用和汽车用两种版本,并采用表面贴装器件NTC通用标准0402和0603封装。

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(编辑:麻元尚)
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