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温度传感器有哪几种

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  • 发布时间: 2023-10-24

我们每天都使用温度传感器来控制建筑物的温度、调节水温以及控制冰箱。温度传感器在许多其他行业应用中也至关重要,例如消费、医疗和工业电子产品。

每个行业的应用可能有不同的温度传感需求。差异性包括测量对象(空气、质量或液体)、测量位置(内部或外部)以及测量的温度范围、测量方式分接触方式和非接触方式。现代电子产品中最常用的温度传感器有四种:热电偶、RTD(电阻温度检测器)、热敏电阻和基于半导体的集成电路 (IC)。按照响应性和准确度从高到低分别是:1.负温度系数 (NTC) 热敏电阻,2.电阻温度检测器 (RTD),3.热电偶,4.基于半导体的传感器

本文重点介绍这四种主要类型的温度传感器、每种类型的注意事项、优点和缺点。

热敏电阻

热敏电阻类似于 RTD,因为温度变化会导致可测量的电阻变化。热敏电阻通常由聚合物或陶瓷材料制成。在大多数情况下,热敏电阻更便宜,但也不如 RTD 准确。大多数热敏电阻有两线配置。热敏电阻具有特定类型的电阻器,它比其他温度传感器改变其物理电阻更大。

NTC(负温度系数)热敏电阻是温度测量应用中最常用的热敏电阻。NTC 热敏电阻的电阻随着温度升高而降低。热敏电阻具有非线性的温度电阻关系。这需要进行重大修正才能正确解释数据。使用热敏电阻的一种常见方法(如图所示)是热敏电阻和固定值电阻器形成一个分压器,其输出由 ADC 数字化。

 

它们的电阻与 RTD 一样指定,但热敏电阻呈现非线性电阻-温度图。因此,它可以在工作范围内为非常小的温度变化提供大的电阻变化。这使其成为一种高度灵敏的仪器,是高科技和设定点应用的理想选择。

热敏电阻通常由陶瓷材料制成,例如覆盖在特定玻璃表面的锰、镍或钴的氧化物。与其他类型相比,它们的特殊优势是准确性、可重复性和对温度变化的快速响应。

大多数热敏电阻具有负温度系数(NTC);也就是说,当温度升高时,它们的电阻会降低。但是,其中有几种类型具有正温度系数 (PTC)。

NTC 热敏电阻在低温下提供更高的电阻。根据其 RT 表,随着温度的升高,电阻逐渐下降。由于每° C的电阻变化很大,微小的变化会准确反映。NTC热敏电阻的输出由于其指数性质而呈非线性;但是,它可以根据其应用进行线性化。玻璃封装热敏电阻的有效工作范围为 -50 至 250 ° C ,标准热敏电阻的有效工作范围为150 ° C。

随着温度的变化,任何金属的电阻也会发生变化。这种电阻差异是 RTD 温度传感器的基础。RTD 是具有明确定义的电阻与温度特性的电阻器。铂是用于制造 RTD 的最常见和最准确的材料,当然也有镍和铜制成的温度传感器。图中所示电路是恒流源,采用参考电压,一个放大器,一个PNP晶体管。

铂 RTD 也称为 PRTD。它们通常在 0°C 时具有 100 Ω 和 1000 Ω 电阻。它们分别称为 PT100 和 PT1000。

使用铂 RTD 是因为它们对温度变化提供近乎线性的响应,它们稳定且准确,它们提供可重复的响应,并且它们具有较宽的温度范围。RTD 因其准确性和可重复性而经常用于精密应用。

RTD 元件通常具有较高的热质量,因此对温度变化的响应比热电偶慢。信号调理在 RTD 中很重要。它们还需要激励电流流过 RTD。如果知道这个电流,就可以计算出电阻。

配置包括两线、三线和四线选项。当引线长度足够短以至于电阻不会显着影响测量精度时,两线选项很有用。三线制增加了一个承载激励电流的 RTD 探头。这提供了一种消除导线电阻的方法。四线是最准确的,因为单独的力和感测引线消除了线电阻的影响。MAX31865为每种配置提供专用的 RTD 信号调理电路,分辨率为 15 位,并提供加速 PT100 和 PT1000 RTD 设计的解决方案

热电偶

热电偶是最常用的温度传感器类型。它们用于工业、汽车和消费应用。热电偶是自供电的,可以在很宽的温度范围内工作,并且具有快速的响应时间。

热电偶是通过将两条不同的金属线连接在一起制成的。这会导致塞贝克效应。塞贝克效应是两种不同导体的温差在两种物质之间产生电压差的现象。正是这种电压差可以测量并用于计算温度。

有几种类型的热电偶由各种不同的材料制成,允许不同的温度范围和不同的灵敏度。不同的类型由指定的字母区分。最常用的是K型。

 
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