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主流温度传感器是什么?如何选择?

发布时间:作者: admin 阅读次数:252

2021-08-16

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16世纪末,伽利略制造了显示温度变化的装置,利用容器内的空气收缩原理,观察水柱的高度来判断温度变化。我们现在知道的温度计是3托里奥在1612年发明的,当时他也只是做了雏形。

温度传感器作为工业、物联网、医疗等行业网、医疗等行业最常见的传感器,发展到现在,可谓百花齐放。按功能方式可分为接触式和非接触式温度传感器。接触式温度传感器包括双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等;非接触式温度传感器基本上是基于黑体辐射的基本定理,而这种传感器只有对黑体进行测量,对非黑体进行材料表面发射,但材料表面发射的测量精度难以保证,因为它的发射与温度、波区、表面状态、涂层等因素有关。

目前主流的温度传感器有RTD、热敏电阻、热电偶和具有数字和模拟接口的集成电路传感器4种。

RTD温度传感器

主要由金属制成,通过温度变化影响自身电阻值来测量温度。虽然常用的金属有铜、链和链合金,但钳子以良好的线性、重复性和稳定性稳定了温度参考传递国际标准的位置。RTD的电阻随着温度的升高而增加,但也不是很严格的线性。从下图可以看出,会有轻微的偏差。一般来说,电阻值可以数字化,可以找到校正因素。

以钳子为例,在性能方面,钳子RTD不仅具有上述线性、重复性和稳定性的优点,而且在-200~+650°C的测温范围、0.1~1.0°C的测温精度方面也具有优异的性能。

但RTD的缺点也比较明显,由于需要恒定的电压/电流,因此在通电过程中产生的功率会影响其测量温度和精度(需要进一步纠正)。此外,当RTD模拟信号输出时,还需要计算放大器和ADC组件的误差。

热敏电阻。

类似于RTD,热敏电阻也是电阻传感器。其分类主要根据温度系数确定,分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。PTC的主要材料是混合的BaTiO3半导体陶瓷,NTC的主要材料是过渡金属氧化物半导体陶瓷。

以NTC为例,虽然不是线性变化,但线性度是指数函数,电阻值随着温度的升高而降低。由于其自身的材料因素,其整体价格比钳式RTD经济。同时,材料选择相对灵活,可加工成各种形状和小型化处理。此外,由于其电阻随温度变化极其敏感,其测量精度与钳式RTD相当,为0.05~1.5℃。

类似地,由于通电过程中产生的自热、ADC等因素也会影响测量结果,因此NTC的测量结果也需要纠正。其适用温度范围也比较严格,一般在0-150℃左右。值得注意的是,由于NTC软件易老化,稳定性一般。

热电偶。

热电偶传感器是一种非常常见的接触传感器,通过两种不同的导体材料连接形成电路。当结合点两端的温度不同时,电路会产生电动势,也称为热势,温度会根据热势的大小显示在连接表盘上。

由于使用材料的灵活性,热电偶传感器的温度测量范围广,工作温度最高可达2000°C以上,属于耐久设备,可用于危险恶劣环境。同时,其感应接合点直接暴露,对温度变化的反应迅速。其实从原理上可以看出,热电偶传感器不需要外部电源,不易产生自发热。

显然,热电偶传感器的精度和稳定性稍差,其温度测量精度为0.5-5.0°C,但由于暴露、耐腐蚀性弱,稳定性不如RTD和热敏电阻。

集成电路传感器。

集成电路温度传感器是一种集成传感器,目前分为模拟输出传感器、数字输出传感器、远程温度传感器和具有温度开关功能的传感器。然而,从主流分类来看,模拟集成温度传感器和模拟集成数字传感器被广泛使用。这两种传感器都是内置的ADC,温度传感器集成在芯片上进行测量、计算和输出。集成电路温度传感器的优点是功耗低、体积小、集成度高、生产测试过程中已经校准,出厂后不需要再校准。

缺点是其测试温度范围仅为-70~+150℃,测温精度与热电偶传感器相似,为0.5-5.0℃。

在物联网成为风口和传感器需求加速增长的时代,温度传感器无疑将成为最重要的设备之一。如何选择合适的温度传感器需要从温度范围、精度、成本等角度考虑。


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