温度传感器的选择

利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。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。热电偶、热敏电阻、铂电阻(RTD^r温度IC是测试中最常用的温度传感器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，如图1所示。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°C时的阻值为5kQ，每1。的温度改变造成200Q的电阻变化。注意10Q的引线电阻仅造成可忽略的0.05C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100Q，每1°C仅产生0.385Q的电阻变化。如果每条引线有10Q电阻，就将造成26C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2.5C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:10mV/K。•电流IC:1gA/Ko温度IC的输出是非常线性的电压/C。实际产生的是电压/Kelvin，因此室温时的1C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150C的高温。5结语我们已讨论了各类常用温度传感器的优点和缺点。如果您了解必须的权衡，为您的应用仔细选择正确的传感器，您就能避免常见的缺憾而实现可靠的温度测量。热电偶、热电阻温度传感器比较［摘要］:将两种不同刊金属导悻焊接在一起，构成闭台回路，如在焊接端〔即测量端）加热产生温差,则在回路中就会产生热电动势，止怫中现家称为塞贝克麴立.（Seebeck-effect）o［关键词］：热电偶热电阻温度传感器1-热电偶、热电阻工作原理授特点丞电偶工作原理将柄伸不同的金属导体焊接在一起，构成闭台回路，如在焊接端：（即飒里端｝加地产生温差，则在回路中就会产生热!电动势，此辩现象称为塞囚克效应（Seebeck-effect）。如将另一端（即参考端#温度保持一定（一般为0侦¥，那劣回路的熟电动势则变成则里端温度的单值函数。睫种以测重热电动势的方法来删里温度的元件，即两种成对的金属导体，称为热电偶。热电偶产生的丞电动势，其大小仅与热!电锻材料显两端温差有关，与热电粮长度、直径无关。=■热电阻工作原理工业用热!电阻骨钳热电阻和洞热电阻两大类。热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随若发生变化的特性来酒是温度的。热电阻的受热部份（感温元件〕是用细金属丝均匀地殴统在绝缘材料制成的骨架上。当被删介原中有温度发生变化时，所删得的温度是感温元件所在范囹内建质中的平均温.度。=i热电偶、热电阻特点热电隅热电阻热电隅1司其它种温度计相比具有如下特点：a、优点热电偶可将温度量转换成电量进行椅测，伊寸于温度的删星、控制，以及对温度信号的披大、变换等都很方便，-结构简单，制造容易，价格便宜，•惰性小，•-准暗度高，则温范国广，-能适应各神删量对象的要求t特定都遂酎狭水场所）顶点温和面温的删星,适于远距离珈星利控眦。k缺点刑呈准破度淮以超如&-您须有签考端，并且温度要保持恒定..在高温食长期使用时，因受被刎介质影响或气氟腐蚀忤用《如氧化、还原）等而发生劣化。热电阻同其它种温度计相比具有如下特点：a、 优点-准确度高。在所有常用温度计中，准确度最高，可达lEk。：输出信号友，灵敏度高。近在。弋用PtWO^热电阻删温，当温度寰化1艺时，其电阻值约寰化EUQ,如果通过电流为2mA,珈其电压输出星变化为BOdpV。在相同条件下，即使灵散度比较高的K型热电偶，其热电动势变化也只有左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电隅高一个数量级。删温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持o.n：以下的稳定性■::无需•患点。温度值可由测得的电阻值直接求出。输出线性好。R用简单的浦助回路就能得至蜓性输出，显示夜表可均易刻度。缺点-策用细金属丝的热电阻元件抗机彳成冲击与振动性能差普・元件结构复杂，制造困难大，尺寸较大，因此，热响应时间长§-不适宜删星体根犊小制温度瞬变底域。熟电偶、迭电阻通用要求二温度删量范围和允许误差热电偈名称型号分度号允差等级删量范围（幻）允差（参考端为0"C