工業(yè)中常見的溫度傳感器對比

一、工業(yè)中常見的溫度傳感器對比：

工業(yè)中常見的溫度傳感器技術包括集成電路(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，但與IC傳感器相比，典型的實現(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，通常會增加校準成本和軟件開銷。

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。

B. RTD (Resistance Temperature Detector)

RTD是由鉑、鎳或銅等純材料制成的溫度傳感器，具有高度可預測的電阻/溫度關系。下表中，PT100是一種常見的RTD，由鉑制成，在0°C時電阻為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，模擬傳感器的實現(xiàn)涉及復雜的電路和設計挑戰(zhàn)。最終，精確的系統(tǒng)涉及復雜的錯誤分析，因為需要的組件數(shù)量更多，這也會影響整個系統(tǒng)的大小。RTD也需要在制造過程中進行校準，然后每年在終端應用的現(xiàn)場進行校準。

RTD系統(tǒng)有三種不同的布線配置，在本應用說明中有描述。每種接線配置需要不同的激勵和電路拓撲結構，以減少測量誤差。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進行RTD測量通常采用比率測量法。 下圖顯示了比率測量的基本拓撲結構。 所示為具有兩線RTD和參考電阻RREF的ADC。 單個激勵電流源(IDAC1)用于激勵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，對于全差分測量，這只是ADC滿量程的正一半，使測量分辨率降低了一位。 下面的等式假設一個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

實際RTD的方案十分靈活多變，在這里僅對原理初步介紹。

C. Thermocouples（熱電偶）

熱電偶是由兩種不同的電導體組成的，它們在不同的溫度下形成電結。 熱電偶由于熱電塞貝克效應而產(chǎn)生溫度依賴性電壓。 這個電壓轉(zhuǎn)化為熱端和冷端之間的溫度差。

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

D．Temp Sensor IC

溫度傳感芯片基于硅帶隙與溫度的強相關性，精密電流產(chǎn)生內(nèi)部PN結正偏，由此產(chǎn)生基極到發(fā)射極的電壓變化(ΔVBE)與芯片檢測溫度一一對應。

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