教你如何選擇溫度傳感器？

溫度傳感器種類繁多，應(yīng)用也極為廣泛，在我們?nèi)粘Ｋ璧钠嚒?a href="http://ttokpm.com/soft/data/39-96/" target="_blank">消費(fèi)電子、家用電器等產(chǎn)品上都存在一個至數(shù)個溫度傳感器。較比其他種類傳感器，溫度傳感器出現(xiàn)的最早，相繼出現(xiàn)了熱電偶傳感器、RTD鉑電阻和集成半導(dǎo)體溫度傳感器等多種溫度傳感器，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，新型溫度傳感器還在不斷涌現(xiàn)。

常用測溫方案對比

溫度傳感器的使用非常廣泛，大到工業(yè)過程控制中的溫度變送器，小到家庭必備的電子體溫計都需要通過溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)溫度檢測，但在這些應(yīng)用場景中，所采用的測溫方案是不同的。

根據(jù)測溫原理，測溫方案主要有如下幾大類：

熱電偶

鉑電阻RTD

熱敏電阻NTC

CMOS溫度傳感器

熱電偶溫度范圍最寬，可達(dá)-200℃~2000℃，使用時需要外部參考端，較為復(fù)雜。鉑電阻RTD精度高，范圍范圍也比較寬，但成本較高，外圍電路復(fù)雜。NTC熱敏電阻成本較低，但精度有限，本身具有溫度系數(shù)大和非線性輸出的特點(diǎn)。CMOS溫度傳感器又稱為IC溫度傳感器，包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。與上述三種溫度傳感器相比，CMOS溫度傳感器具有非常高的線性度，低系統(tǒng)成本，功能集成度高，外圍簡單，能支持?jǐn)?shù)字輸出，主要缺點(diǎn)是測溫范圍一般集中在-40℃~125℃，較為局限。

用一張圖表來對比，更加直觀：

通過以上對比，大家已經(jīng)了解了幾種測溫方案的差異，這些差異也決定了不同的應(yīng)用場景。熱電偶和RTD兩種方案測溫范圍寬，使用復(fù)雜，所以基本局限在工業(yè)應(yīng)用。熱敏電阻NTC因?yàn)榈统杀竞拖鄬σ子谑褂玫膬?yōu)點(diǎn)使其應(yīng)用非常廣泛，例如汽車上的水溫、油溫、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度、缸內(nèi)溫度到尾氣溫度，家電和小家電中的空調(diào)、冰箱電飯煲等等這些都是NTC的主戰(zhàn)場，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的環(huán)境溫度測量、水溫探頭，電子體溫計等也都是采用以NTC為主的測溫方案。

CMOS數(shù)字溫度傳感器過去主要以IC形態(tài)存在，采用標(biāo)準(zhǔn)IC的SOP8腳封裝，用在電子產(chǎn)品中的板級測溫，比如硬盤、主板上，輸出信號以I2C接口為主，也有部分采用模擬電壓輸出。隨著摩爾定律的發(fā)展，基于CMOS工藝的數(shù)字溫度傳感器性能越來越好，成本也越來越低。

下面我們就介紹一下集中溫度傳感器的典型產(chǎn)品：

熱電偶傳感器

熱電偶傳感器包含兩種不同的金屬，二者通過熱電偶接點(diǎn)在一端結(jié)合在一起。當(dāng)熱電偶接點(diǎn)與導(dǎo)線另一端處于不同的溫度時，會產(chǎn)生毫伏信號，且接點(diǎn)處就是測量溫度之處。這兩種金屬產(chǎn)生的電壓較小，可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行測量和解讀。兩種金屬各自絕緣，有一個外涂層來保持密切的雙線結(jié)構(gòu)。

鉑電阻溫度傳感器：

RTD傳感器根據(jù)0°C時的標(biāo)稱電阻、電阻溫度系數(shù)和公差等級來指定。

標(biāo)稱電阻是傳感元件在0°C時的電阻。例如，在pt100 RTD中，0°C時的標(biāo)稱電阻為100歐姆，材料為鉑。電阻溫度系數(shù)是電阻隨溫度每單位變化的變化，該值應(yīng)盡可能高。鉑金的電阻溫度系數(shù)等于0.00392。這意味著，溫度每變化1℃，鉑絲的電阻將變化0.00392歐姆。

公差等級是RTD在標(biāo)稱溫度即0°C下的精度。IEC751中對鉑RTD進(jìn)行了定義。ptRTD 在0°C時的精度為±0.3°C。RTD元件由鉑、銅或鎳制成。鎳鐵合金也用作傳感元件，其導(dǎo)熱率與鎳相似，但電阻率是鎳的兩倍。

熱敏電阻NTC

NTC熱敏電阻是指具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。是使用單一高純度材料、具有 接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷。因此，在實(shí)現(xiàn)小型化的同時，還具有電阻值、 溫度特性波動小、對各種溫度變化響應(yīng)快的特點(diǎn)，可進(jìn)行高靈敏度、高精度的 檢測。

CMOS溫度傳感器

CMOS溫度傳感器利用CMOS晶體管的溫度特性來進(jìn)行溫度測量。在CMOS晶體管中,晶體管的閾值電壓與溫度成反比。利用這個特性,可以通過測量晶體管的閾值電壓來得到溫度值。具體來說,CMOS溫度傳感器由一串串聯(lián)的CMOS晶體管組成,這些晶體管的寬度和長度相同,且都是相同類型的晶體管。通過在不同的晶體管上加上不同的電流,可以使得每個晶體管的閾值電壓與溫度呈線性關(guān)系。通過測量這些晶體管的閾值電壓,可以得到溫度的近似值。ST推出了最新TMOS傳感器STHS34PF80。TMOS傳感器是基于CMOS技術(shù)，利用在自然界中，任何高于絕對零度（-273.15℃）的物體就存在分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動，物體都在不斷地向外釋放紅外輻射能量。輻射能量的大小及其波長與物體表面的溫度有著密切的關(guān)系，TMOS傳感器通過測量FOV范圍內(nèi)的物體隨著溫度的變化，判斷輻射的能量值及波長，來判斷物體的存在狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)?？梢詼y量物體的絕對溫度，5-20um的紅外輻射。廣泛應(yīng)用于智能家居、樓宇、節(jié)能燈控、工業(yè)溫度狀況監(jiān)測、IoT等。

MEMS溫度傳感器IC

該傳感器配有一個全新設(shè)計的ASIC專用芯片、一個經(jīng)過改進(jìn)的MEMS電容式濕度傳感元件和一個標(biāo)準(zhǔn)的片上溫度傳感元件，其性能已經(jīng)大大提升甚至超出了前一代傳感器的可靠性水平，新一代溫濕度傳感器，響應(yīng)迅速、抗干擾能力更強(qiáng)，經(jīng)過改進(jìn)使其在惡劣環(huán)境下的性能更穩(wěn)定。這種傳感器可廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、除濕器、測試及檢測設(shè)備、消費(fèi)品、汽車、自動控制、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)、醫(yī)療及其它相關(guān)濕度檢測控制等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇