專家教你如何挑選正確的溫度傳感器

引言

利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律把溫度轉換為電量的傳感器。這些呈現規律性變化的物理性質主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。如果您要進行可靠的溫度測量，就需要為您的應用選擇正確的溫度傳感器。熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻（RTD）和溫度IC是測試中最常用的溫度傳感器。

1 熱電偶

熱電偶是溫度測量中最常用的傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環境，而且結實、價低，無需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線（金屬A和金屬B）構成，如圖1所示。當熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差?？捎脺y量的電勢差來計算溫度。

不過，電壓和溫度間是如圖2所示的非線性關系，溫度由于電壓和溫度是非線性關系，因此需要為參考溫度（Tref）作第二次測量，并利用測試設備軟件和M或硬件在儀器內部處理電壓-溫度變換，以最終獲得熱偶溫度（Tx）。Agilent34970A和34980A數據采集器均有內置的測量了運算能力。

簡而言之，熱偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱偶并不適合高精度的應用。

2 熱敏電阻

熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產工藝有很大關系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線。

熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴，可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的 0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。

2.1 測量技巧

熱敏電阻體積小是優點，它能很快穩定，不會造成熱負載。不過也因此很不結實，大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會在其上因功率而造成發熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導致永久性的損壞。

3 鉑電阻溫度傳感器

與熱敏電阻相似，鉑電阻溫度傳感器（RTD）也是用鉑制成的熱敏感電阻。當通過測量電壓計算RTD 溫度時，數字萬用表用已知電流源測量該電流源所產生的電壓。這一電壓為兩條引線（Vlead）上的壓降加RTD上的電壓（Vtemp）。例如，常用RTD 的電阻為100Ω，每1℃僅產生0.385Ω的電阻變化。如果每條引線有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應對RTD作4線歐姆測量。

RTD是最精確和最穩定的溫度傳感器，它的線性度優于熱偶和熱敏電阻。但RTD也是最慢和最貴的溫度傳感器。因此RTD最適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關鍵的應用領域。

　

3.1 測量技巧

·使用5mA電流源會因自熱造成2.5℃的溫度測量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。

·4線測量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開關。

4 溫度IC

溫度集成電路（IC）是一種數字溫度傳感器，它有非常線性的電壓M電流-溫度關系。有些IC傳感器甚至有代表溫度、并能被微處理器直接讀出的數字輸出形式。

4.1 兩類具有如下溫度關系的溫度IC

·電壓IC: 10 mV/K。

·電流IC: 1μA/K。

溫度IC 的輸出是非常線性的電壓M℃。實際產生的是電壓MKelvin，因此室溫時的1℃輸出約為3V。溫度IC需要有外電源。通常溫度IC是嵌入在電路中而不用于探測。

溫度IC缺點是溫度范圍非常有限，也存在同樣的自熱、不堅固和需要外電源的問題?？傊?，溫度IC提供產生正比于溫度的易讀讀數方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。

4.2 測量技巧

·溫度IC 體積較大，因此它變化慢，并可能造成熱負載。

·把溫度IC用于接近室溫的場合。這是它最流行的應用。雖然測量范圍有限，但也能測量150℃的高溫。

5 結語

我們已討論了各類常用溫度傳感器的優點和缺點。如果您了解必須的權衡，為您的應用仔細選擇正確的傳感器，您就能避免常見的缺憾而實現可靠的溫度測量。