《最新常用温度测量技术及其接口电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新常用温度测量技术及其接口电路.docx（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、常用温度测量技术及其接口电路温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温 度来实 现，温度传感器杲应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行 简要概述,并 介绍与电路系统之间的接口。图1:热敏电阻器的电阻/温度曲线。">温度测疑应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等， 下而介绍几种常用的温度传感器。热敏电阻器用来测疑温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电
2、阻值会升髙。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最髙，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性 的。*T?t叩?10446K020 IK10182K3g1 229Mawf 2CK连!(X# Wl W" Rt fIftvlViJ1 A14r nNTC热敏电阻器性能参数，这些数据是对 典型电路表1是一个典型的o io 20 90 40 eo(阳测图2 :热敏电阻进行量测得到的,，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。苴中电阻值以一个比率形式给出(R/R25 )，该比率表示当前温度下的阻值与V Op負5°C时的阻值之比，通常同一系列的 热敏电阻器具
3、有类似的特 性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25°C时 阻值为10KQ的电阻，在0°C时电阻为 28.1KQ, 60C 时电阻为4.086KQ :：与此类似，25° C时电阻为5KQ的热敏电阻在0°C时电阻那么为 14.O5OK0O图1是热敏檢阻中只度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。虽然这里的热敏电阻数 据以10°C为增量，用 4V但有些热敏电阻可以以 5°C甚至1C为增疑。如果想要知道两点之间某37T=e一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算岀电阻值，计算公式如下这里T指幵氏绝对温度，A、B
4、、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而务有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。用来规立样品之间的一致性。 根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10% 的场合，例如一台仪器，用户或现场工程 电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的5V, Vref也将是5V。热敏 电阻和电阻串联产生分压，其阻值参考电压一致，因此如果 ADC的参考电压是 ?e44伙0281010 2C261CK4C8 406KSC5 763K701001 2亦热敏电阻一般有一个误差范囤， 之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调肖 师只能更换热敏电阻而无法进行校
5、准，这种热敏 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。20K 010 203040W? r08090 100图2 :热敏电阻测量温度的典型电路。?自热问题?由于热敏电阻是一个电阻，电流流过它时会产生一泄的热量，因此电路设计人员应确保拉升电阻足够大，以防止热敏电阻自热过度，否那么系统测量的是热敏电阻发岀的热，而不是周围环境的温度。度高1°C所需要的热敏电阻消耗的能量对温度的?影响用耗散常数来表示，它指将热敏电阻温度提高比环境温 亳瓦数。耗散常数因热敏电阻的封装、管脚规格、包封材料及其它因素不同而
6、不一样。3CK5V4V3V2V IV0V±5°0的测量系统比精度为± °测量系统Tot npfu-re44W0“K101(X4050ro磁Vrtf2.W30K20K1CK可承受的热敏电阻自热要大<0!0 20? 3040-0(iOK)WW1004IR(t系统所允许的自热量及限流电阻大小由测量精度决加，测量精度为图3 :对热敏电阻进行标定。应注意拉升电阻的阻值必须进行计算，以限左整个测量温度范用内的自热功耗。给左岀电阻值以后，由于热敏电阻阻值变化，耗散功率在不同温度下也有所不同。有时需要对热敏电阻的输入进行标左以便得到适宜的温度分辨率，图3是一个将1
7、0 ? 4CTC温度范围扩展到恰丸1十晋十1 KWtrADC整个0?5V输入区间的电路。运算放大器输岀公式如下：一旦热敏电阻的输入标左完成以后，就可以用图表表示岀实际电阻 -与温度的对应情况。由于热敏电阻是非线 性的，所以需要用图表表示，系统要知道对应每一个温度 ADC的值是 多少，表的精度具体是以1 °为增量 还是以5C为增量要根据具体应用来泄。?累积谋差用热敏电阻测量温度时，在输入电路中要选择好传感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些场合需要精度为1%的电阻，而有些可能需要精度为 0.1%的电阻。在任何情 况下都应用一张表格算岀所有元件的累 积误差对测量精度的影响，这些元
8、件包括电阻、参考电压及热敏电阻本身。如果要求精度髙而又想少花一点钱，那么需要在系统构建好后对它进行校准，由于线路板及热敏电阻必须在现场更换，所以一般情况下不建议这样做。在设备不能作现场更换或工程师有英它方法监控温度的情况下，也可以让软件建一张温度对应 ADC变化的表格，这时需要用其它工具测量实际温度值，软件才能创立相对应的表格。 对于有些必须要现场更换 热敏电阻的系统，可以将要更换的元件传感器或整个模拟前端在出厂前就校准好， 并把8丿 7 v 一 ：亠：. :二-6. ； ； ； : ：5Rt 4心IX ;注！-、：- '.,.-7 |12: iIRTD_:唇二彳二丁二匚>20
9、-1Q a io eQ ao 40 so oq to eo so ix后的数据。温氐比校准结果保存在磁盘或其它存储介质上，当然，元件更换后软件必须要能够知道使用校准图4 : RTD与热敏电阻的电阻/温度曲线的比较。总的来说，热敏电阻是一种低本钱温度测量方法，而且使用也很简单，下而我们介绍电阻温度探测器和热电偶温度传感器。电阻温度探测器电阻温度探测器RTD 实际上是一根特殊的导线，它的电阻随温度变化而变化， 通常RTD材料包括铜、钳、 镰及银/铁合金。RTD元件可以是一根导线，也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料基底上。RTD的电阻值以0°C阻值作为标称值。0
10、6;C 100Q舘RTD电阻在1 °时它的阻值通常为100.39Q, 50 ° 时为119.4Q,图4是RTD电阻/温度曲线与热敏电阻的电阻/温度曲线的比 较。RTD的误差要比热敏电阻小， 对于钳来说，误差一般在 0.01%，線一般为0.5%。除 误差和电阻较小以外，RTD与热敏电阻的接口电路基 本相同。热电偶热电偶由两种不同金属结合而成，它受热时会产生微小的电压，电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料，热电偶结点输出电压结图5 :热点偶温度,铁?康铜J型、铜康铜仃型和锯铝 K型热电偶是最常用的三种。量接口电路。输岀压电压热电偶产生的电压很小，通常只有几亳伏。K型热电偶温度
11、每变化1 °时电压变化只有大 约40pv,因此测量系统要能测出4mV的电压变化测量精度才可以到达 o.rco由于两种不同类型的金属结合在一起会产生电位差，所以热电偶与测量系统的连接也会产生电压。一般把连接点放在隔热块上以减小这一影响， 使两个肖点处以同一温度下， 从而降低误差。有时候也会测量隔热块的温度， 以补偿温度的影响图 50测量热电偶电压要求的增益一般为100到300,而热电偶撷取的噪声也会放大同样的倍数。通常采用测虽放大器来放大信号，因为它可以除去热电偶连线里的共模噪声。市场上还可以买到热电偶信号调肖器，如模拟器件公司的AD594/595,可用来简化H更件接口*5039.03
12、30? 8276-4021.474C.G40?-3012.2B50.5758? 207.2860.40 86?104.4670.295402.81.21721 01 .82?90.1622201.211 00.1299251 .01 10.09446表1 ：典型NTC热敏电阻器性能参数。固态热传感器最简单的半导体温度传感器就是一个PN结，例如二极管或晶体管基极-发射极之间的PN结。如果一个恒左电流流过正向偏巻的硅 PN结，正向压降在温度每变化1°C时会降低1.8mVo很多IC利用半导体的这一特性 来测量温度，包括美信的 MAX1617.国半的LM335和LM74等等。半导体传感器的接口形式多样，从电压 输出到串行SPI/微线接口都 可以。温度传感器种类很多，通过正确地选择软件和硬件，一左可以找到适合自己应用的传感器。