溫度傳感器曲線：常用溫度傳感器測溫原理總結(jié)
原標(biāo)題：常用溫度傳感器測溫原理總結(jié)
如果您要進行可靠的溫度測量，就需要為您的應(yīng)用選擇正確的溫度傳感器。熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻(RTD)和溫度IC是測試中最常用的溫度傳感器。
圖1 各種流行溫度傳感器的優(yōu)點和缺點
熱電偶
測溫原理:
兩種不同成分的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電動勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表連接，顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢，通過查詢熱電偶分度表，即可得到被測介質(zhì)溫度。
熱電偶是溫度測量中最常用的傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，而且結(jié)實、價低，無需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構(gòu)成，如圖2所示。當(dāng)熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差。可用測量的電勢差來計算溫度。
圖 2 熱偶電路圖(左)和熱偶電壓— 溫度曲線例子(右)
由于電壓和溫度是非線性關(guān)系，因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量，并利用測試設(shè)備軟件和∕或硬件在儀器內(nèi)部處理電壓—溫度變換，以最終獲得熱偶溫度(Tx)。AgilentA和A數(shù)據(jù)采集器均有內(nèi)置的測量了運算能力。
簡而言之，熱偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱偶并不適合高精度的應(yīng)用。
常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。
熱敏電阻
（1） 測溫原理:
熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出溫度。
目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。
金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即：
式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為：
式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。
熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。
圖3 熱敏電阻電路圖
熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應(yīng)也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。
熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴，可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應(yīng)用。尺寸小對于有空間要求的應(yīng)用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。
測量技巧
熱敏電阻體積小是優(yōu)點，它能很快穩(wěn)定，不會造成熱負載。不過也因此很不結(jié)實，大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會在其上因功率而造成發(fā)熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導(dǎo)致永久性的損壞。
鉑電阻溫度傳感器
與熱敏電阻相似，鉑電阻溫度傳感器(RTD)是用鉑制成的熱敏感電阻。當(dāng)通過測量電壓計算RTD溫度時，數(shù)字萬用表用已知電流源測量該電流源所產(chǎn)生的電壓。這一電壓為兩條引線(Vlead)上的壓降加RTD上的電壓(Vtemp)。例如，常用RTD的電阻為100Ω，每1℃僅產(chǎn)生0.385Ω的電阻變化。如果每條引線有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應(yīng)對RTD作4線歐姆測量。
圖4 RTD需要用4線測量
RTD是最精確和最穩(wěn)定的溫度傳感器，它的線性度優(yōu)于熱偶和熱敏電阻。但RTD是最貴的溫度傳感器。因此RTD最適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。
測量技巧
使用5mA電流源會因自熱造成2.5℃的溫度測量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。
4線測量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開關(guān)。
溫度IC
溫度集成電路(IC)是一種數(shù)字溫度傳感器，它有非常線性的電壓∕電流—溫度關(guān)系。有些IC傳感器甚至有代表溫度、并能被微處理器直接讀出的數(shù)字輸出形式。
圖6 電流傳感器(左)和電壓傳感器(右)
有兩類具有如下溫度關(guān)系的溫度IC：
電壓IC: 10 mV/K。
電流IC: 1μA/K。
溫度IC的輸出是非常線性的電壓∕℃。實際產(chǎn)生的是電壓∕Kelvin，因此室溫時的1℃輸出約為3V。溫度IC需要有外電源。通常溫度IC是嵌入在電路中而不用于探測。
溫度IC缺點是溫度范圍非常有限，也存在同樣的自熱、不堅固和需要外電源的問題。總之，溫度IC提供產(chǎn)生正比于溫度的易讀讀數(shù)方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。
測量技巧
溫度IC 體積較大，因此它變化慢，并可能造成熱負載。
把溫度IC用于接近室溫的場合。這是它最流行的應(yīng)用。雖然測量范圍有限，但也能測量150℃的高溫。
實例
LM系列是美國國家半導(dǎo)體公司（NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，是電壓輸出型溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1Ω的動態(tài)阻抗，工作電流范圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度范圍為-55℃～+150℃，LM235的溫度范圍為-40℃～+125℃，LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該器件廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統(tǒng)中。詳細信息見LM135，235，335.pdf。
AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，測溫范圍為-55℃～+150℃，輸出電流為223μA~423μA，輸出電流變化1μA相當(dāng)于溫度變化1℃，最大非線性誤差為±0.3℃，響應(yīng)時間僅為20μs，重復(fù)性誤差低至±0.05℃，功耗約為2mW,輸出電流信號的傳輸距離可達到1km以上，作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差,適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。詳細信息見AD590.pdf。
數(shù)字式溫度傳感器：
（1） 原理：
將敏感元件、A/D轉(zhuǎn)換單元、存儲器等集成在一個芯片上，直接輸出反應(yīng)被測溫度的數(shù)字信號，使用方便，但響應(yīng)速度較慢（100ms數(shù)量級）。
（2） 實例：
DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的世界上第一片支持“一線總線”
接口的數(shù)字式溫度傳感器，供電電壓范圍為3～5.5V，測溫范圍為-55℃～+125℃，可編程的9～12位分辨率，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，出廠設(shè)置默認為12位，在12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
經(jīng)驗豐富的電路板設(shè)計人員將根據(jù)最終產(chǎn)品要求來使用最合適的解決方案。表1展示了每種溫度傳感器的相對優(yōu)勢/劣勢。
非接觸式溫度傳感器
傳感器型號
測溫范圍
典型應(yīng)用
OTP-538F2S
-40～+500℃
醫(yī)學(xué)（耳溫機），家庭設(shè)施（吹風(fēng)機等）
TS105-1
-20～100℃（精確度： -0.45±0.08 %/K）
紅外測溫儀，非接觸溫度測量，移動物體溫度測量
TS105-2
-20～100℃
溫度計，微波爐，室內(nèi)空調(diào)，高溫計，汽車環(huán)境控制
TS118-1
跟處理電路相關(guān)（普通-20～300℃）
無接觸溫度測量，移動物體溫度測量，溫度控制，火災(zāi)報警
TS118-3
跟處理電路相關(guān)（普通-20～300℃）
無接觸溫度測量，溫度控制，火災(zāi)報警，氣候控制系統(tǒng)
TSEV01
0～300℃（精確度：0.1℃）
家庭，醫(yī)療，汽車，安全，工業(yè)
非接觸式的溫度傳感器的優(yōu)點：
1、由于和被測量介質(zhì)不直接發(fā)生接觸，所以不用考慮被接觸介質(zhì)的一些自身物理特性，例如：粘附、腐蝕、磨損等等都不會對傳感器造成損害。而接觸搜索式的就要面臨這些問題的額外解決。
2、受空間局限性較小。對于一些距離較遠不易接觸到的被測量目標(biāo)可以遠距離測量溫度。
3、對于一些不方便接觸測量的目標(biāo)可以實現(xiàn)測量，例如旋轉(zhuǎn)機械、運動中的目標(biāo)等等
非接觸式溫度傳感器缺點：
1、容易受到環(huán)境因素干擾，例如熱輻射
2、不容易實現(xiàn)對目標(biāo)的長期連續(xù)測量。
MLX遠紅外線傳感器采用非接觸溫度測量技術(shù)，是一種高性價比的熱成像解決方案。該16 x 4遠紅外熱電堆傳感器陣列可覆蓋-20°C～300°C的溫度范圍，能生成目標(biāo)區(qū)域的實時熱值圖譜。有了它，就可以不用單點傳感器或昂貴的微測熱輻射計來掃描目標(biāo)區(qū)域了。
MLX遠紅外線傳感器可即獲取64幅二維像素圖片，大大簡化集成熱成像系統(tǒng)，從而將價格維持在大批量、低成本應(yīng)用領(lǐng)域能夠接受的范圍。該陣列在每個像素中集成了一個放大器和一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可提供0.5-64赫茲的幀速率。在0°C －50°C溫度范圍內(nèi)使用時可保持±1.5°C的精確度。有60o x 15o和40o x 10o兩個視場可供選擇。MLX遠紅外線傳感器擁有高速I2C兼容數(shù)字界面，采用的是帶控制單元的同步化觸發(fā)模式，可以單獨使用，也可以與多臺設(shè)備組合構(gòu)成陣列，獲得更高的圖像分辨率。
遠紅外線成像正成為汽車行業(yè)非常重要的一項技術(shù)，能夠提高汽車的安全性。MLX遠紅外線傳感器可用于車輛的行人探測、近距離盲點探測和乘坐率分類等領(lǐng)域。這種傳感器陣列提供的多點精確熱圖像還能幫助智能樓宇控制系統(tǒng)進行溫度測量和入住率統(tǒng)計。在家用環(huán)境中，該陣列能夠使微波爐和其它傳統(tǒng)爐灶更加智能化。人們對能源效率的關(guān)注推動了市場對熱成像設(shè)備的需求不斷上升。熱成像設(shè)備可以探測房間的熱損耗情況，并以圖像形式指明需要改進的地方。MLX遠紅外線傳感器非常適宜于家用和商用低分辨率紅外熱像儀，能滿足上述各任務(wù)的需要。在商用環(huán)境中，該傳感器為智能程序控制和熱檢測開辟了新的機會。最后，它還能用作智能火災(zāi)探測傳感器，可幫助消防人員和其他應(yīng)急服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)熱點、探明疏散路線和隱蔽火源。返回搜狐，查看更多
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區(qū)塊鏈錢包imtoken錢包簡介說明
新聞來源： 2021-11-21 共有: 76 瀏覽
在虛擬資產(chǎn)區(qū)塊鏈錢包里，IMtoken是非常出名的。這款區(qū)塊鏈錢包的安全性級別是非常高的，它設(shè)立了多重簽名可以有效防盜，還支持多種錢包類型，資產(chǎn)狀況一目了然，操作也非常簡單。imToken是一款區(qū)塊鏈數(shù)字資產(chǎn)管理工具，為用戶提供安全、可信賴的數(shù)字資產(chǎn)管理服務(wù)。
智慧停車反向?qū)ぼ囁{牙信標(biāo)室內(nèi)導(dǎo)航定位原理及系統(tǒng)功能
新物聯(lián)號：極光通信 2021-11-21 共有: 100 瀏覽
在覆蓋藍牙信標(biāo)的區(qū)域，藍牙信標(biāo)周期性地廣播IBeacon信號，手機接收到信號后，通過本地算法根據(jù)信號的強弱，生成手機所在位置的特征值，并根據(jù)特征值生成終端的位置信息。使用手機終端的用戶在不同位置接收到的藍牙信號的特征值不同，通過對比系統(tǒng)生成的特征值與接收到的特征值進行比對，從而判斷用戶所在的位置。
元宇宙概念meta由來及發(fā)展?fàn)顩r
新聞來源：新物聯(lián)Newiot 整理 2021-11-21 共有: 126 瀏覽
最近，元宇宙概念由于Facebook加入，炒的更加火熱。元宇宙（metaverse）一詞，誕生于1992年的科幻小說《雪崩》，小說描繪了一個龐大的虛擬現(xiàn)實世界，在這里，人們用數(shù)字化身來控制，并相互競爭以提高自己的地位，到現(xiàn)在看來，描述的還是超前的未來世界。 元宇宙是在擴展現(xiàn)實（XR）、區(qū)塊鏈、云計算、數(shù)字孿生等新技術(shù)下的概念具化。
溫度傳感器曲線：熱敏電阻溫度特性曲線_各類溫度傳感器類型及優(yōu)缺點
介紹四種類型的溫度傳感器(電阻式溫度檢測器(RTD)、熱電偶、熱敏電阻器以及具有數(shù)字和模擬接口的集成電路(IC)傳感器)并討論每種傳感器的優(yōu)點與缺點。
從系統(tǒng)級的立足點來看，溫度傳感器是否適合您的應(yīng)用將取決于所需的溫度范圍、準(zhǔn)確度、線性度、解決方案成本、功能、功耗、解決方案尺寸、安裝法(表面貼裝法與通孔插裝法以及電路板外安裝法)還有必要支持電路的易設(shè)計程度。
RTD當(dāng)一邊測量RTD的電阻一邊改變它的溫度時，響應(yīng)幾乎是線性的，表現(xiàn)得像一個電阻器。如圖1所示，該RTD的電阻曲線并非完全呈線性，而是有極度的偏差(示出了一條用作參考的直線)——但卻是高度可預(yù)測并可復(fù)驗的。為了對這種輕微的非線性進行補償，大多數(shù)設(shè)計人員都會對測得的電阻值進行數(shù)字化處理，并使用微控制器內(nèi)的查找表以便應(yīng)用校正因子。這種寬溫度范圍(大約-250℃至+750℃)內(nèi)的可復(fù)驗性和穩(wěn)定性使RTD在高精度應(yīng)用(包括在管道和大容器內(nèi)測量液體或氣體的溫度)中極為有用。
圖1：RTD的電阻與溫度
用來處理RTD模擬信號的電路的復(fù)雜度基本上根據(jù)應(yīng)用而變化。放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等組件(這些組件會產(chǎn)生它們自己的誤差)是不可或缺的。只有當(dāng)測量必要時才給傳感器供電——通過該方法您也可實現(xiàn)低功耗運行，但這會使該電路復(fù)雜得多。而且，使傳感器通電所需的功率還會提高其內(nèi)部的溫度，從而影響測量準(zhǔn)確度。僅僅幾毫安的電流，這種自加熱效應(yīng)就會產(chǎn)生溫度誤差(這些誤差是可糾正的，但需要進一步的斟酌考量)。另外，請謹記：線繞式鉑RTD或薄膜RTD的成本可能相當(dāng)高，尤其當(dāng)與IC傳感器的成本進行比較時。
熱敏電阻器
熱敏電阻器是另一種類型的電阻式傳感器。有多種多樣可用的熱敏電阻器，從物美價廉的產(chǎn)品到高精度產(chǎn)品，不一而足。低成本、低精度的熱敏電阻器可執(zhí)行簡單的測量或閩值檢測功能——這類電阻器需多個組件(如比較器、參考和分立式電阻器)，但非常便宜，并具有非線性的電阻-溫度屬性，如圖2所示。如果您需要測量寬范圍的溫度，您將需進行大量的線性化處理工作。對幾個溫度點進行校準(zhǔn)可能是必要的。為實現(xiàn)更高的精度，可用更昂貴且公差更緊的熱敏電阻陣列來幫助解決這種非線性難題，但這種陣列通常比單個熱敏電阻器靈敏度低。
圖2：熱敏電阻器的電阻與溫度
因為多跳變電系統(tǒng)增加了復(fù)雜度和成本，所以低成本熱敏電阻器一般僅用于具有最少功能要求的應(yīng)用，包括烤面包器、咖啡機、電冰箱和吹風(fēng)機。此外，熱敏電阻器還會遭受自加熱問題的困擾(通常在較高溫度下，此時它們的電阻較低)。和RTD的情況一樣，尚未發(fā)現(xiàn)不能在低電源電壓下使用熱敏電阻器的根本原因
——但請記住，滿量程輸出越低，它根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)特性直接轉(zhuǎn)化成的系統(tǒng)靈敏度越低。小功率應(yīng)用還需要提高電路復(fù)雜度，以便能對噪聲引起的誤差非常敏感。熱敏電阻器可在-100℃至+500℃的溫度范圍內(nèi)運行，雖然大多數(shù)熱敏電阻器的額定最高工作溫度范圍是+100℃至+150℃。
熱電偶
熱電偶包括由不同材料制成的兩根電線的接點。例如，型熱電偶是由鐵和康銅制成的。如圖3所示，接點1位于待測量的溫度處，而接點2和接點3則被置于用LM35模擬溫度傳感器測定的不同溫度處。輸出電壓與這兩個溫度值的差大致成比例。
圖3：將LM35用于熱電偶冷接點補償
因為熱電偶的靈敏度相當(dāng)?shù)?在每攝氏度幾十微伏的量級上)，所以您將需要低偏移放大器來產(chǎn)生可用的輸出電壓。在熱電偶的工作范圍內(nèi)，溫度至電壓傳遞函數(shù)中的非線性往往需要補償電路或查找表，正如RTD和熱電偶一樣。然而，盡管有這些缺點，熱電偶仍非常流行，尤其適用于烤箱、水加熱器、窯爐、測試設(shè)備和其它工業(yè)處理——原因是熱電偶的熱質(zhì)量很低且工作溫度范圍(工作溫度可擴展至2300℃以上)很寬泛。
IC傳感器
IC傳感器可在-55℃至+150C的溫度范圍內(nèi)工作——精選的幾種IC傳感器工作溫度可高達+200℃。有各種類型的集成式IC傳感器，不過四種最常見的集成式IC傳感器當(dāng)屬模擬輸出器件、數(shù)字接口器件、遠程溫度傳感器以及那些具有溫控器功能的集成式IC傳感器(溫度開關(guān))。模擬輸出器件(一般是電壓輸出，但有些也具有電流輸出)在其需要ADC來對輸出信號進行數(shù)字化處理時最像無源解決方案。數(shù)字接口器件最常使用兩線接口(l2C或PMBus)，并具有內(nèi)置的ADC。
除了也包括一個局部溫度傳感器外，遠程溫度傳感器還具有一路或多路輸入以便監(jiān)測遠程二極管溫度——
它們最常被置于高度集成的數(shù)字IC(例如，處理器或現(xiàn)場可編程門陣列【FPGA】)中。當(dāng)達到溫度閾值時，溫控器可提供簡單的警報。
使用IC傳感器有許多好處，包括：功耗低；可提供小型封裝產(chǎn)品(有些尺寸小到0.8mm×0.8mm)；還可在某些應(yīng)用中實現(xiàn)低器件成本。此外，由于IC傳感器在生產(chǎn)測試過程中都經(jīng)過校準(zhǔn)，因此沒有必要進一步校準(zhǔn)。它們通常用于健身跟蹤應(yīng)用、可佩戴式產(chǎn)品、計算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄器和汽車應(yīng)用。
經(jīng)驗豐富的電路板設(shè)計人員將根據(jù)最終產(chǎn)品要求來使用最合適的解決方案。表1展示了每種溫度傳感器的相對優(yōu)勢/劣勢。
表1：RTD、熱敏電阻器、熱電偶和IC傳感器的相對優(yōu)勢與劣勢
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來源：網(wǎng)絡(luò)
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