如何選擇合適的高精度溫度傳感器？

一個(gè)智能系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)就是數(shù)據(jù)，而想要獲取精確、可靠的數(shù)據(jù)，傳感器自然是不可或缺的組成部分。在品類(lèi)繁多的傳感器中，溫度傳感器應(yīng)該算是歷史最悠久、應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品之一。

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，溫度感測(cè)的需求也保持著持續(xù)而穩(wěn)定的增長(zhǎng)，根據(jù)TE Connectivity（TE）提供的數(shù)據(jù)，2016年溫度傳感器市場(chǎng)規(guī)模為53.3億美元，預(yù)計(jì)到2022年將增長(zhǎng)到69.9億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)4.8%。

溫度傳感器的類(lèi)型和選型

溫度傳感器的應(yīng)用版圖也在不斷擴(kuò)張，從對(duì)成本和小型化敏感的消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，到工業(yè)、汽車(chē)等對(duì)可靠性和精度有更高要求的領(lǐng)域，溫度傳感器面對(duì)著不同的應(yīng)用場(chǎng)景。這也就意味著，我們需要為不同的應(yīng)用選擇不同類(lèi)型的溫度傳感器。

實(shí)際上，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)演進(jìn)，溫度傳感器已經(jīng)發(fā)展出不同的產(chǎn)品類(lèi)型，根據(jù)其技術(shù)和工作原理可分為以下幾種：

1

NTC熱敏電阻

這是一種使用熱敏材料制造，隨溫度上升電阻值下降的元器件，它對(duì)于溫度變化很敏感，且不會(huì)引起熱負(fù)荷，測(cè)量范圍可達(dá)300℃，是一種高精度、低成本、輕量級(jí)、易量產(chǎn)的溫度測(cè)量解決元件，在醫(yī)療設(shè)備、家用電器、電動(dòng)汽車(chē)電池溫度測(cè)量等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。NTC熱敏電阻的弱點(diǎn)在于容易受到潮濕環(huán)境的影響，隨著元件老化阻值會(huì)發(fā)生飄移。

2

熱電偶

熱電偶傳感器是將兩條不同的金屬線連接在一個(gè)端點(diǎn)上而制成的，當(dāng)其暴露于熱源中時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生電位差，人們就可以利用這個(gè)電位差來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)的溫度。與NTC熱敏電阻類(lèi)似，熱電偶傳感器也具有重量輕、成本低的優(yōu)勢(shì)，更重要的是其測(cè)量溫度寬（可達(dá)1800℃），因此在一些高溫和惡劣環(huán)境下十分適用。熱電偶傳感器的弱項(xiàng)在于輸出的信號(hào)較弱，且通常需要冷端補(bǔ)償?shù)仁侄未_保測(cè)量精度，應(yīng)用難度相對(duì)高一些。

3

RTD傳感器

RTD的意思是“電阻溫度探測(cè)器”，它是利用一些材料的電阻和溫度之間具有穩(wěn)定線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量該材料的電阻來(lái)測(cè)算溫度。在RTD傳感器中，鉑（Pt）被認(rèn)為是制造穩(wěn)定可靠溫度傳感器的最佳材料，它的電阻在不同溫度下是完全線性的，精確度高，工作溫度范圍很寬，通?？梢栽?200℃至+1000°C溫度區(qū)間工作，在惡劣環(huán)境中（比如航天應(yīng)用）性能表現(xiàn)也非常穩(wěn)定。要說(shuō)RTD傳感器的不足，就是對(duì)于溫度變化不夠“敏感”，所以在相應(yīng)的測(cè)量電路設(shè)計(jì)上需要多下功夫。

4

紅外熱電堆

和上述幾種溫度傳感器不同，紅外熱電堆是一種“非接觸式”溫度傳感器，也就是說(shuō)它和熱源之間隔著一段距離就可以感測(cè)到測(cè)量對(duì)象的溫度。我們所熟悉的測(cè)量體溫的額溫槍采用的就是這種傳感器，實(shí)際上在家用電器、工業(yè)設(shè)備、火災(zāi)和高溫報(bào)警器等很多應(yīng)用中都可見(jiàn)其身影，它還作為探測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的占位傳感器在很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中被采用。不過(guò)由于其在應(yīng)用中要考慮光學(xué)路徑界面的設(shè)計(jì)，涉及的工程技能要更復(fù)雜些。

5

數(shù)字溫度傳感器

數(shù)字溫度傳感器是近年來(lái)發(fā)展較快的一個(gè)產(chǎn)品門(mén)類(lèi)，它通過(guò)相應(yīng)的電路將溫度物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這些數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)、PLC、智能儀表等數(shù)據(jù)采集裝置直接讀取，因此它通常用于恒溫器，以及作為一些電子產(chǎn)品的板裝傳感器。其測(cè)量精度高，成本也較低，但是測(cè)量溫度范圍有些局限，通常最高為150℃。

了解了上面這些溫度傳感器的特性，我們?cè)跒楫a(chǎn)品和應(yīng)用選擇合適的溫度傳感器時(shí)，就可以對(duì)號(hào)入座，找到最合適的物料了。

表1：各種溫度傳感器特性比較（資料來(lái)源：TE）

PTF系列鉑金溫度傳感器

為了適應(yīng)廣泛的溫度測(cè)量場(chǎng)景的需求，傳感器廠商也在不斷優(yōu)化自身的產(chǎn)品，一方面擴(kuò)大產(chǎn)品線的廣度，提供豐富的產(chǎn)品組合；另一方面也在力求將某些特定產(chǎn)品的性能做到極致，在產(chǎn)品優(yōu)化的“深度”上下功夫。

今天我們就為大家介紹一款TE針對(duì)高溫、高精度、高可靠應(yīng)用而打造的溫度傳感器產(chǎn)品——PTF系列鉑金溫度傳感器。

從名稱(chēng)中我們就可以知道，PTF系列鉑金溫度傳感器屬于RTD傳感器。從上文不同溫度傳感器的比較中我們可以得知，雖然在測(cè)量范圍上RTD傳感器和熱電偶都擅長(zhǎng)高溫測(cè)量，且熱電偶的成本較低，溫度范圍更寬，但是在測(cè)量精度上RTD傳感器更勝一籌，可以達(dá)到±0.05°C至±0.1℃（熱電偶精度通常更低，且更容易漂移）。因此在高溫、高精度測(cè)量中鉑金溫度傳感器肯定是不二之選。

圖3：PTF系列鉑金溫度傳感器溫度特性（圖源：TE）

另外，“PTF”是“鉑金薄膜”的意思，考慮到鉑完美的線性阻值/溫度特性以及極高的穩(wěn)定性，這樣的材料和工藝技術(shù)使得PTF系列鉑金溫度傳感器具有速度快、可靠性高、時(shí)間常數(shù)低（即老化時(shí)間對(duì)元件性能影響小）、耐惡劣環(huán)境的特性，各項(xiàng)性能均符合DIN EN 60751標(biāo)準(zhǔn)。具體來(lái)講，其特性?xún)?yōu)勢(shì)包括：

測(cè)量精度高：±0.1K到±0.6K（在0℃時(shí)）

穩(wěn)定性強(qiáng)：堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，可最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)故障；在極端環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的測(cè)量。

響應(yīng)時(shí)間快：低熱性能帶來(lái)快速響應(yīng)時(shí)間。

溫度范圍寬：-200℃至+600°C，在高溫下穩(wěn)定性高，且在壽命內(nèi)漂移較低。

緊湊型設(shè)計(jì)：元件外形小、重量輕。

圖4：PTF系列鉑金溫度傳感器容差特性（圖源：TE）

目前PTF系列鉑金溫度傳感器提供四個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品，它們具有不同的外形尺寸和特性，對(duì)于新應(yīng)用，通常推薦使用PTFC型，因?yàn)樗杀据^低，具有適合各種增值探頭和組件的外殼。在對(duì)響應(yīng)時(shí)間和空間較為敏感的應(yīng)用中，可以選擇外形較小的產(chǎn)品；而在需要大功率的設(shè)計(jì)中，則應(yīng)該選擇外形較大的產(chǎn)品。

表2：PTF系列鉑金溫度傳感器不同型號(hào)產(chǎn)品比較（資料來(lái)源：TE）

上述這些特性，使得PTF系列鉑金溫度傳感器可以覆蓋白色家電、工業(yè)應(yīng)用、汽車(chē)電池溫度測(cè)量、醫(yī)療患者監(jiān)護(hù)設(shè)備等高精度、高可靠應(yīng)用，且具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

雖然在眾多電子元器件中，溫度傳感器產(chǎn)品迭代的速度不是很快，但是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中仍然十分考驗(yàn)廠商的技術(shù)實(shí)力和對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)的理解力，PTF系列鉑金溫度傳感器就是在這樣的能力基礎(chǔ)上打磨出來(lái)的一款產(chǎn)品。想要了解更多該系列產(chǎn)品的技術(shù)細(xì)節(jié)，以及相關(guān)的設(shè)計(jì)資源，訪問(wèn)下面貿(mào)澤電子網(wǎng)站中的產(chǎn)品專(zhuān)頁(yè)——

原文標(biāo)題：高精度、高可靠的溫度傳感器如何選？我們用TE產(chǎn)品舉個(gè)栗子~

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