工業(yè)中常見(jiàn)的溫度傳感器對(duì)比

一、工業(yè)中常見(jiàn)的溫度傳感器對(duì)比：

工業(yè)中常見(jiàn)的溫度傳感器技術(shù)包括集成電路(IC)傳感器，熱敏電阻，RTD和熱電偶。 如下表：

二、工作原理初步介紹

A．Thermistors 熱敏電阻

熱敏電阻是無(wú)源元件，其電阻很大程度上取決于溫度。 熱敏電阻分為正溫度系數(shù)(PTC, 電阻值隨溫度上升而增加)和負(fù)溫度系數(shù)(NTC, 電阻值隨溫度上升而減小)兩類。

盡管熱敏電阻為板上和板外溫度傳感提供了多種封裝選項(xiàng)，但與IC傳感器相比，典型的實(shí)現(xiàn)需要更多的系統(tǒng)組件。硅基PTC熱敏電阻提供線性，而NTC熱敏電阻是非線性的，通常會(huì)增加校準(zhǔn)成本和軟件開(kāi)銷。

下圖是典型的熱敏電阻NTC電路。NTC系統(tǒng)誤差包括：NTC容差;偏置電阻溫度漂移誤差;ADC量化誤差;NTC固有的線性化誤差;參考電壓精度誤差。因此其精度取決于校準(zhǔn)。

B. RTD (Resistance Temperature Detector)

RTD是由鉑、鎳或銅等純材料制成的溫度傳感器，具有高度可預(yù)測(cè)的電阻/溫度關(guān)系。下表中，PT100是一種常見(jiàn)的RTD，由鉑制成，在0°C時(shí)電阻為100 Ω。RTD元件也有0°C電阻為200,500,1000和2000 Ω。

鉑RTD在高達(dá)600°C的極寬溫度范圍內(nèi)具有高精度和線性性。如圖3所示，模擬傳感器的實(shí)現(xiàn)涉及復(fù)雜的電路和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。最終，精確的系統(tǒng)涉及復(fù)雜的錯(cuò)誤分析，因?yàn)樾枰慕M件數(shù)量更多，這也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的大小。RTD也需要在制造過(guò)程中進(jìn)行校準(zhǔn)，然后每年在終端應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

RTD系統(tǒng)有三種不同的布線配置，在本應(yīng)用說(shuō)明中有描述。每種接線配置需要不同的激勵(lì)和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以減少測(cè)量誤差。下圖顯示了三種不同的連線配置，分別為兩線、三線、四線配置。

用ADC進(jìn)行RTD測(cè)量通常采用比率測(cè)量法。 下圖顯示了比率測(cè)量的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 所示為具有兩線RTD和參考電阻RREF的ADC。 單個(gè)激勵(lì)電流源(IDAC1)用于激勵(lì)RTD，并為ADC建立橫跨RREF的參考電壓。

ADC采樣RRTD的電壓與RTD電壓和參考電壓的比率成正比，對(duì)于全差分測(cè)量，這只是ADC滿量程的正一半，使測(cè)量分辨率降低了一位。 下面的等式假設(shè)一個(gè)24位雙極ADC, ADC的滿量程為±VREF。

Output code = 2^23 ? VRTD / VREF = 2^23 ? IIDAC1 ? RRTD / (IIDAC1 ? RREF)

電流相抵消后，可得：Output code = 2^23 ? RRTD / RREF ，得到：RRTD = Output code ? RREF / 2^23

實(shí)際RTD的方案十分靈活多變，在這里僅對(duì)原理初步介紹。

C. Thermocouples（熱電偶）

熱電偶是由兩種不同的電導(dǎo)體組成的，它們?cè)诓煌臏囟认滦纬呻娊Y(jié)。 熱電偶由于熱電塞貝克效應(yīng)而產(chǎn)生溫度依賴性電壓。 這個(gè)電壓轉(zhuǎn)化為熱端和冷端之間的溫度差。

必須知道冷端溫度，才能推導(dǎo)出熱端溫度。 在這里，精度受到兩個(gè)系統(tǒng)的限制，這兩個(gè)系統(tǒng)具有單獨(dú)的公差和相互作用的能力。 下圖顯示了一個(gè)典型的帶熱電偶冷端補(bǔ)償原理示意圖，帶有一個(gè)熱電偶和一個(gè)外部傳感器來(lái)確定熱結(jié)溫度，采用Temp Sensor IC如LMT01 來(lái)采冷端溫度。

D．Temp Sensor IC

溫度傳感芯片基于硅帶隙與溫度的強(qiáng)相關(guān)性，精密電流產(chǎn)生內(nèi)部PN結(jié)正偏，由此產(chǎn)生基極到發(fā)射極的電壓變化(ΔVBE)與芯片檢測(cè)溫度一一對(duì)應(yīng)。

溫度傳感IC 常用于檢測(cè)板級(jí)溫度，為熱電偶采冷端溫度等。 溫度傳感器可以輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，在集成電路的溫度范圍內(nèi)可提供高線性和精度(±0.1℃)，有標(biāo)貼式和通孔封裝。