1、行业常见温度传感器对比:
工业中常见的温度传感器技术包括集成电路(IC) 传感器、热敏电阻、RTD 和热电偶。如下表所示:
2、工作原理初步介绍
A。热敏电阻热敏电阻
热敏电阻是无源元件,其电阻很大程度上取决于温度。热敏电阻分为正温度系数(PTC,电阻值随温度升高而增大)和负温度系数(NTC,电阻值随温度升高而减小)两类。
尽管热敏电阻为板载和板外温度传感提供了多种封装选项,但典型的实施需要比IC 传感器更多的系统组件。硅基PTC 热敏电阻提供线性度,而NTC 热敏电阻则呈非线性,通常会增加校准成本和软件开销。
下图是典型的热敏电阻NTC电路。 NTC系统误差包括: NTC容差;偏置电阻温度漂移误差; ADC量化误差; NTC固有的线性化误差;参考电压精度误差。因此其精度取决于校准。
B. RTD(电阻温度检测器)
RTD 是由铂、镍或铜等纯材料制成的温度传感器,具有高度可预测的电阻/温度关系。下表中,PT100 是常见的铂电阻RTD,0C 时电阻为100 。 RTD 元件还提供200、500、1000 和2000 的0C 电阻。
铂RTD 在高达600C 的极宽温度范围内提供高精度和线性度。如图3 所示,模拟传感器的实现涉及复杂的电路和设计挑战。最终,精确的系统涉及复杂的误差分析,因为需要更多数量的组件,这也会影响整个系统的尺寸。 RTD 还需要在制造过程中进行校准,然后每年在最终应用现场进行校准。
RTD 系统提供三种不同的布线配置,如本应用说明中所述。每种接线配置都需要不同的激励和电路拓扑,以减少测量误差。下图显示了三种不同的接线配置,即两线、三线和四线配置。
ADC 的RTD 测量通常使用比率测量。下图显示了比率测量的基本拓扑。所示为具有两线RTD 和参考电阻器RREF 的ADC。单个激励电流源(IDAC1) 用于激励RTD 并在RREF 上为ADC 建立参考电压。
ADC 采样的RRTD 电压与RTD 电压与参考电压之比成正比,对于全差分测量,该电压仅为ADC 满量程的正一半,从而将测量分辨率降低了一位。以下公式假设24 位双极性ADC 的满量程ADC 为VREF。
输出代码=2^23 ? VRTD/VREF=2^23 ? IIDAC1 ? RRTD/(IIDAC1 ? RREF)
消除电流后,可得: 输出代码=2^23 ? RRTD/RREF,可得: RRTD=输出代码? RREF/2^23
实际的RTD方案非常灵活多变,这里我们只简单介绍一下原理。
C. 热电偶
热电偶由两种不同的电导体组成,它们在不同的温度下形成电结。由于热电塞贝克效应,热电偶产生与温度相关的电压。该电压转化为热端和冷端之间的温差。
必须知道冷端温度才能推导出热端温度。在这里,精度受到两个具有不同容差和交互能力的系统的限制。下图是典型的热电偶冷端补偿原理图,用热电偶和外部传感器来确定热端温度,使用LMT01等温度传感器IC来采集冷端温度。
D. 温度传感器IC
温度传感芯片是基于硅带隙与温度之间的强相关性。精密电流产生内部PN结的正向偏置,从而产生与芯片检测温度相对应的基极至发射极电压变化(VBE)。
温度传感IC通常用于检测板级温度、热电偶冷端温度等。温度传感器可以输出模拟信号或数字信号,在温度范围内提供高线性度和精度(0.1C)集成电路,并提供SMD 和通孔封装。