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          如何选择温度传感器?

          温度传感器种类繁多,应用也极为广泛,在我们日常所需的汽车、消费电子、家用电器等产品上都存在一个至数个温度传感器。较比其他种类传感器,温度传感器出现的最早,相继出现了热电偶传感器、RTD铂电阻和集成半导体温度传感器等多种温度传感器,并且随着技术的发展,新型温度传感器还在不断涌现。

          常用测温方案对比

          温度传感器的使用非常广泛,大到工业过程控制中的温度变送器,小到家庭必备的电子体温计都需要通过温度传感器来实现温度检测,但在这些应用场景中,所采用的测温方案是不同的。

          根据测温原理,测温方案主要有如下几大类:

          热电偶

          铂电阻RTD

          热敏电阻NTC

          CMOS温度传感器

          热电偶温度范围最宽,可达-200℃~2000℃,使用时需要外部参考端,较为复杂。铂电阻RTD精度高,范围范围也比较宽,但成本较高,外围电路复杂。NTC热敏电阻成本较低,但精度有限,本身具有温度系数大和非线性输出的特点。CMOS温度传感器又称为IC温度传感器,包括模拟输出和数字输出两种类型。与上述三种温度传感器相比,CMOS温度传感器具有非常高的线性度,低系统成本,功能集成度高,外围简单,能支持数字输出,主要缺点是测温范围一般集中在-40℃~125℃,较为局限。
          用一张图表来对比,更加直观:

          通过以上对比,大家已经了解了几种测温方案的差异,这些差异也决定了不同的应用场景。热电偶和RTD两种方案测温范围宽,使用复杂,所以基本局限在工业应用。热敏电阻NTC因为低成本和相对易于使用的优点使其应用非常广泛,例如汽车上的水温、油温、发动机进气温度、缸内温度到尾气温度,家电和小家电中的空调、冰箱电饭煲等等这些都是NTC的主战场,物联网应用中的环境温度测量、水温探头,电子体温计等也都是采用以NTC为主的测温方案。

          CMOS数字温度传感器过去主要以IC形态存在,采用标准IC的SOP8脚封装,用在电子产品中的板级测温,比如硬盘、主板上,输出信号以I2C接口为主,也有部分采用模拟电压输出。随着摩尔定律的发展,基于CMOS工艺的数字温度传感器性能越来越好,成本也越来越低。

          下面我们就介绍一下集中温度传感器的典型产品:

          热电偶传感器

          热电偶传感器包含两种不同的金属,二者通过热电偶接点在一端结合在一起。当热电偶接点与导线另一端处于不同的温度时,会产生毫伏信号,且接点处就是测量温度之处。这两种金属产生的电压较小,可以通过控制系统进行测量和解读。两种金属各自绝缘,有一个外涂层来保持密切的双线结构。

          铂电阻温度传感器:贺利氏PT100 /1000等

          RTD传感器根据0°C时的标称电阻、电阻温度系数和公差等级来指定。

          标称电阻是传感元件在0°C时的电阻。

          例如,在pt100 RTD中,0°C时的标称电阻为100欧姆,材料为铂。电阻温度系数是电阻随温度每单位变化的变化,该值应尽可能高。铂金的电阻温度系数等于0.00392。这意味着,温度每变化1℃,铂丝的电阻将变化0.00392欧姆。

          公差等级是RTD在标称温度即0°C下的精度。

          IEC751中对铂RTD进行了定义。ptRTD 在0°C时的精度为±0.3°C。RTD元件由铂、铜或镍制成。镍铁合金也用作传感元件,其导热率与镍相似,但电阻率是镍的两倍。

          MEMS温度传感器IC

          该传感器配有一个全新设计的ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件,其性能已经大大提升甚至超出了前一代传感器的可靠性水平,新一代温湿度传感器,响应迅速、抗干扰能力更强,经过改进使其在恶劣环境下的性能更稳定。这种传感器可广泛应用于暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、气象站、家电、湿度调节、医疗及其它相关湿度检测控制等领域。

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