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          主流的溫度傳感器有哪些?該怎么選?
          Time:2019-12-11

          主流的溫度傳感器有哪些?該怎么選?


          16世紀末,伽利略制造了一個顯示溫度變化的裝置,利用容器內空氣收縮原理,觀察水柱的高度來判斷溫度的變化。而我們目前所知道的溫度計是由三托里奧在1612年發明的,但當時他也只是做出了一個雛形。

          發展至今,作為工業、物聯網、醫療等行業最常見的傳感器,溫度傳感器發展至今可謂是百花齊放。按照作用方式來分的話,分為接觸式和非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器包括雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等;非接觸式的基本是根據黑體輻射的基本定理,而這類傳感器只有對黑體所測的溫度才是真實溫度,對于非黑體需要進行材料表面發射率的修正,不過材料表面發射率的測試精度很難保證,因為其發射率受溫度、波長、表面狀態、涂層等因素有關。

          不過,現在主流的溫度傳感器分為四種,即RTD、熱敏電阻、熱電偶以及具有數字和模擬接口的集成電路傳感器。

          RTD

          RTD溫度傳感器主要是金屬制成,通過溫度變化影響自身電阻值來測量溫度。雖然常用金屬有銅、鎳和鎳合金,但是鉑憑借良好的線性、重復性和穩定性穩固了溫度參考傳遞國際標準的地位。RTD的電阻是隨著溫度的上升而增大,但是也并非是很嚴格線性,根據下圖我們可以看到,會產生輕微偏差,一般情況下可以對電阻值進行數字化處理,查找校正因子。

          還是以鉑為例,在性能方面,鉑RTD除了具有上述所說的線性、重復性和穩定性的優點,-200~+650℃的測溫范圍,0.1~1.0℃的測溫精度上也是比較優良的性能。

          不過,RTD的缺點也是比較明顯,由于需要恒定電壓/電流,所以通電過程中產生的功率會影響其所測溫度,影響準確度(需進一步糾正)。另外,在RTD模擬信號輸出時,放大器和ADC組件的自身誤差也需要計算在內。

          熱敏電阻

          類似于RTD,熱敏電阻也是電阻式傳感器。它的分類主要是按照溫度系數劃定,分為正溫度系數熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數熱敏電阻器(NTC)。PTC主要材料為摻雜的BaTiO3半導體陶瓷,而NTC主要材料是過渡金屬氧化物半導體陶瓷。

          以NTC為例,雖然不是線性變化,但是它的線性度是指數函數,電阻值隨著溫度的升高而降低。由于其本身材料因素,所以它的整體價格相對于鉑RTD來說比較經濟,同時,材料選用也是相對靈活,能夠加工成各式各樣的形狀以及小型化處理。另外,由于其電阻隨溫度變化極為靈敏,它的測量精度與鉑RTD不相上下,為0.05~1.5℃。

          同樣的,由于通電過程中,產生的自熱和ADC等因素會對測量結果造成影響,所以NTC的測量結果也需要進行糾正。它的適用溫度范圍相對來說也比較苛刻,一般在0-150℃左右。需要指出的是,由于NTC元件容易老化,穩定性也一般。

          熱電偶

           

          熱電偶傳感器是屬于非常常見的接觸式傳感器,通過兩種不同的導體材料兩端接合形成回路。當結合點兩端的溫度不同,回路就會產生電動勢,也稱為熱電勢,根據熱電勢的大小,在連接的表盤上顯示溫度。

          由于使用材料的靈活性,熱電偶傳感器的測溫范圍很廣,工作溫度最高可以達到2000℃以上,且屬于耐用器件,可用于危險惡劣的環境下。同時它的感應接合點是直接暴露的,所以它對溫度變化的響應較快。其實我們從原理上就可以看出來,熱電偶傳感器不需要外接電源,所以它不容易產生自發熱。

          顯然,熱電偶傳感器在準確度以及穩定性上會稍遜一籌,它的測溫精度在0.5-5.0℃,而由于暴露,抗腐蝕性較弱,所以穩定性不如RTD和熱敏電阻。

          IC類傳感器

          IC類溫度傳感器屬于集成式的傳感器,目前分為模擬輸出傳感器、數字輸出傳感器、遠程溫度傳感器以及溫度開關類的具有溫控器功能的傳感器。不過,從主流分類來看,模擬集成溫度傳感器和模擬集成數字傳感器使用較多。這兩款傳感器都屬于內置ADC,將溫度傳感器集成在芯片上進行測量、計算、輸出等動作。IC類溫度傳感器的優點在于功耗較低,體積小,集成度高,生產測試過程中已經做過校準,所以出廠后無需再次校準。

          缺點在于,它的測試溫度范圍僅為-70~+150℃,測溫精度與熱電偶傳感器差不多,為0.5-5.0℃。

          在物聯網成為風口、傳感器需求加速增長的時代下,溫度傳感器無疑將會成為最重要的器件之一,如何選擇合適的溫度傳感器,需要從溫度范圍、精度、成本等多個角度考量。

          文章來源于物聯傳媒 ,作者Vior.Liu

           

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