線性NTC溫度傳感器使用指南

1．什么是線性NTC溫度傳感器？
線性溫度傳感器就是線性化輸出的負(fù)溫度系數(shù)（簡稱NTC）熱敏元件，它實(shí)際上是一種線性溫度-電壓轉(zhuǎn)換元件，就是說在通以工作電流（100uA）的條件下，元件的電壓值隨溫度呈線性變化，從而實(shí)現(xiàn)了非電量到電量的線性轉(zhuǎn)換。

2．線性NTC溫度傳感器的主要特點(diǎn)是什么？
這種溫度傳感器其主要特點(diǎn)就是在工作溫度范圍內(nèi)溫度-電壓關(guān)系為一直線，這對(duì)于二次開發(fā)測(cè)溫、控溫電路的設(shè)計(jì)，將無須線性化處理，就可以完成測(cè)溫或控溫電路的設(shè)計(jì)，從而簡化儀表的設(shè)計(jì)和調(diào)試。

3．線性NTC溫度傳感器的測(cè)溫范圍是如何規(guī)定的？
就總的而言，測(cè)溫范圍可在-200～+200℃之間，但考慮實(shí)際的需要，一般無須如此寬的溫度范圍，因而規(guī)定三個(gè)不同的區(qū)段，以適應(yīng)不同封裝設(shè)計(jì)，同時(shí)在延長線的選用上亦有所不同。而對(duì)于溫度補(bǔ)償專用的線性熱敏元件，則只設(shè)定工作溫度范圍為-40℃～+80℃。完全可以滿足一般電路的溫度補(bǔ)償之用。

4．延長線的選用應(yīng)遵循什么原則？
一般的在-200～+20℃、-50～+100℃宜選用普通雙膠線；在100～200℃范圍內(nèi)應(yīng)選用高溫線。
5．基準(zhǔn)電壓的含義是什么？
基準(zhǔn)電壓是指傳感器置于0℃的溫場(chǎng)（冰水混合物），在通以工作電流（100μA）的條件下，傳感器上的電壓值。實(shí)際上就是0點(diǎn)電壓。其表示符號(hào)為V（0），該值出廠時(shí)標(biāo)定，由于傳感器的溫度系數(shù)S相同，則只要知道基準(zhǔn)電壓值V（0），即可求知任何溫度點(diǎn)上的傳感器電壓值，而不必對(duì)傳感器進(jìn)行分度。其計(jì)算公式為：
V（T）=V（0）+S×T（其特性曲線如下圖）
示例：如基準(zhǔn)電壓V（0）=700mV；溫度系數(shù)S=-2mV/℃，則在50℃時(shí)，傳感器的輸出電壓V（50）=700—2×50=600（mV）。這一點(diǎn)正是線性溫度傳感器優(yōu)于其它溫度傳感器的可貴之處。

6．溫度系數(shù)S的含義是什么？
溫度系數(shù)S是指在規(guī)定的工作條件下，傳感器的輸出電壓值的變化與溫度變化的比值，即溫度每變化1℃?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲭妷鹤兓担篠=△V/△T（mV/℃）。
溫度系數(shù)是線性溫度傳感器做為溫度測(cè)量元件的物理基礎(chǔ)，其作用與熱敏電阻的B值相似，這個(gè)參數(shù)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)是同一值，即-2mV/℃，而且各種型號(hào)的傳感器也是同一值，這一點(diǎn)傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器是無可比擬的。

7．互換精度這一參數(shù)有什么意義？
互換精度是指在同一工作條件下（同一工作電流、同一溫場(chǎng)）對(duì)于同一個(gè)確定的理想擬合直線，每一只傳感器的電壓V（T）—溫度T曲線與該直線的最大偏差，這個(gè)偏差通常按傳感器的溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)S折合成溫度來表示。由于傳感器的輸出線性化及溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)相同，即在測(cè)溫范圍內(nèi)全程互換，所以互換精度表示了基準(zhǔn)電壓值的離散程度，即用基準(zhǔn)電壓值的離散值折合成溫度值的大小來描述整批傳感器之間的互換程度。一般分為三級(jí)：I級(jí)的互換偏差不大于0.3℃;J級(jí)不大于0.5℃;K級(jí)不大于1.0℃。

8．線性度的意義是什么？
線性度是描述傳感器的輸出電壓值隨溫度變化的線性程度，實(shí)際上也就是傳感器輸出電壓在工作溫度范圍內(nèi)相對(duì)于理想擬合直線的最大偏差。一般情況下，其線性度的典型值為±0.5%，很顯然傳感器的線性度越高（其值越?。?，對(duì)于儀表的設(shè)計(jì)就越簡單，在儀表的輸入級(jí)完全不必采用線性化處理。

9．為什么說線性溫度傳感器是規(guī)范化輸出？
所謂規(guī)范化輸出，就是在0℃溫度點(diǎn)上傳感器在規(guī)定的工作條件下，輸出的電壓值僅限于某一小范圍內(nèi)，即使不互換，其基準(zhǔn)電壓值僅限定在690-7１0mV之間，這樣在電路設(shè)計(jì)時(shí)，易于在宏觀上把握傳感器的輸出情況，不論在橋路設(shè)計(jì)還是溫度補(bǔ)償，只要在690-7１0mV之間考慮，在調(diào)試中稍加調(diào)整即可。而不象普通的熱敏電阻由于型號(hào)不同，其阻值也不同，針對(duì)不同的型號(hào)，需進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)計(jì)算。所以線性溫度傳感器的規(guī)范化輸出，可以使儀表電路實(shí)現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計(jì)。

10．用戶如何檢驗(yàn)線性溫度傳感器？
用戶在購買傳感器后，可在恒流的條件下，依溫區(qū)的大小，采用兩點(diǎn)或三點(diǎn)測(cè)試，以檢驗(yàn)互換精度、線性度和溫度系數(shù)。一般情況下，最簡單的檢驗(yàn)方法只要檢驗(yàn)基準(zhǔn)電壓值即可。而所有電氣參數(shù)，在交貨時(shí)均有隨貨參數(shù)表（合格證），以提供該批傳感器的詳細(xì)參數(shù)指標(biāo)。
對(duì)測(cè)試條件有如下要求：
恒流源：100μA±0.5%；
恒溫溫場(chǎng)：波動(dòng)度：≤±0.05℃；
測(cè)試儀表：41/2或51/2數(shù)字電壓表。

11．實(shí)際使用溫度傳感器是否一定要采用恒流源供電？
一般情況下是不必要的，橋路恒壓供電完全可以（參見16項(xiàng)傳感器信號(hào)處理電路）。這是因?yàn)樵?00μA左右的電流條件下，傳感器的溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)變化量很小，可以給一個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)量級(jí)的概念：
在100μA時(shí)S=-2mV/℃
在40μA時(shí)S=-2.1mV/℃
在1000μA時(shí)S=-1.9mV/℃
而在實(shí)際的橋路恒壓供電時(shí),其電流變化不會(huì)有如此大的幅度。
恒壓供電時(shí)，傳感器負(fù)載電阻值如何確定？
恒壓供電時(shí)，負(fù)載電阻接在電源與傳感器正極之間，信號(hào)從傳感器正極與負(fù)極之間輸出，設(shè)計(jì)電阻值R時(shí)，以在0C時(shí)使傳感器工作電流為100μA即可。如傳感器的基準(zhǔn)電壓為V（0）（mV），恒壓源為VDD（mV），則R=（VDD-V（0））(mV)/0.1(mA)。對(duì)于計(jì)算出的電阻值R，如果實(shí)際的電阻沒有這種阻值，可就近阻值選用，對(duì)測(cè)溫精度沒有影響。

12．線性溫度補(bǔ)償元件做為電路溫度補(bǔ)償有什么優(yōu)越性？
這主要考慮熱敏元件的輸出規(guī)范化及溫度系數(shù)的一致性，便于設(shè)計(jì)。另外，由于溫度系數(shù)與晶體管電路中的晶體管基、射極電壓的溫度系數(shù)相同，做為穩(wěn)定晶體管電路的工作點(diǎn)的基極偏流元件是非常合適的。而將幾只元件串聯(lián)使用，可以通過并聯(lián)電位器方式，通過電位器的調(diào)節(jié)出不同的溫度系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)精確的溫度補(bǔ)償作用（參見圖3）。這種溫度系數(shù)可調(diào)的補(bǔ)償元件，無須繁雜設(shè)計(jì)，對(duì)元件的工作電流也無嚴(yán)格要求，這也是這種線性熱敏元件用于溫度補(bǔ)償?shù)囊淮髢?yōu)點(diǎn)。

13．穩(wěn)定性的含義是什么？
穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅鞯幕鶞?zhǔn)電壓值年漂移量，這個(gè)漂移量再按溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)折合成溫度值，即穩(wěn)定性=±△V/S/年。線性溫度傳感器的穩(wěn)定性為±0.05℃/年。這一參數(shù)描述了傳感器在各種使用條件下保持原有特性的能力。

14．長線傳輸對(duì)傳感器信號(hào)是否有影響？
應(yīng)當(dāng)說影響不大，一般情況下傳輸距離可達(dá)1000米以上。如果距離再遠(yuǎn)，可以考慮將傳感器輸出的信號(hào)在當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換成數(shù)字量，這樣可以方便地實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳輸。
15.民品級(jí)與工業(yè)級(jí)使用中的差異是什么？
主要是互換精度不同，對(duì)于單臺(tái)儀表進(jìn)行大批量群測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合，且測(cè)試精度要求較高的工業(yè)環(huán)境，建議使用工業(yè)級(jí)；而一臺(tái)表僅用一支傳感器批量大可靠性要求很高的民用產(chǎn)品，建議使用民品級(jí)。

16.傳感器信號(hào)處理電路

注：該橋路是通過R2將傳感器的基準(zhǔn)電壓值V（0）予以抵消，即調(diào)整R2上的電壓等于傳感器的基準(zhǔn)電壓值，這樣使橋路輸出在0C時(shí)為0V，然后按-2mV/C輸出到放大器或下一級(jí)電路。如果做為控溫電路設(shè)計(jì)，則R2上的電壓輸出到比較器的同相端，傳感器的輸出接入比較器的反相端，R2的選取依控溫點(diǎn)的電壓而定，可用公式計(jì)算V（T）=V（0）+S×T得到，其中V（0）是傳感器的基準(zhǔn)電壓值（出廠時(shí)給定），S為傳感器的電壓溫度系數(shù)（出廠時(shí)給定），T為控溫點(diǎn)溫度值。建議R2采用多圈電位器，以便對(duì)控溫點(diǎn)進(jìn)行更準(zhǔn)確的設(shè)定。

17.線性NTC溫度傳感器是否可取代熱敏電阻、熱電偶、及其它熱電阻？
在-200～+200C的溫度范圍內(nèi)完全可以取代，不須對(duì)原電路做重大改動(dòng)，而且不用對(duì)傳感器做線性化處理，只要基準(zhǔn)電壓值和電壓溫度系數(shù)這兩個(gè)參數(shù)就可以設(shè)計(jì)電路，這兩個(gè)參數(shù)在出廠時(shí)廠家給予標(biāo)定，而且對(duì)同一用戶，不同批次的產(chǎn)品該參數(shù)不變。