工业中常见的温度传感器对比

一、工业中常见的温度传感器对比：

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：

二、工作原理初步介绍

A．Thermistors 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, 电阻值随温度上升而增加)和负温度系数(NTC, 电阻值随温度上升而减小)两类。

尽管热敏电阻为板上和板外温度传感提供了多种封装选项，但与IC传感器相比，典型的实现需要更多的系统组件。硅基PTC热敏电阻提供线性，而NTC热敏电阻是非线性的，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 (Resistance Temperature Detector)

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是一种常见的RTD，由铂制成，在0°C时电阻为100 Ω。RTD元件也有0°C电阻为200,500,1000和2000 Ω。

铂RTD在高达600°C的极宽温度范围内具有高精度和线性性。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错误分析，因为需要的组件数量更多，这也会影响整个系统的大小。RTD也需要在制造过程中进行校准，然后每年在终端应用的现场进行校准。

RTD系统有三种不同的布线配置，在本应用说明中有描述。每种接线配置需要不同的激励和电路拓扑结构，以减少测量误差。下图显示了三种不同的连线配置，分别为两线、三线、四线配置。

用ADC进行RTD测量通常采用比率测量法。 下图显示了比率测量的基本拓扑结构。 所示为具有两线RTD和参考电阻RREF的ADC。 单个激励电流源(IDAC1)用于激励RTD，并为ADC建立横跨RREF的参考电压。

ADC采样RRTD的电压与RTD电压和参考电压的比率成正比，对于全差分测量，这只是ADC满量程的正一半，使测量分辨率降低了一位。 下面的等式假设一个24位双极ADC, ADC的满量程为±VREF。

Output code = 2^23 • VRTD / VREF = 2^23 • IIDAC1 • RRTD / (IIDAC1 • RREF)

电流相抵消后，可得：Output code = 2^23 • RRTD / RREF ，得到：RRTD = Output code • RREF / 2^23

实际RTD的方案十分灵活多变，在这里仅对原理初步介绍。

C. Thermocouples（热电偶）

热电偶是由两种不同的电导体组成的，它们在不同的温度下形成电结。 热电偶由于热电塞贝克效应而产生温度依赖性电压。 这个电压转化为热端和冷端之间的温度差。

必须知道冷端温度，才能推导出热端温度。 在这里，精度受到两个系统的限制，这两个系统具有单独的公差和相互作用的能力。 下图显示了一个典型的带热电偶冷端补偿原理示意图，带有一个热电偶和一个外部传感器来确定热结温度，采用Temp Sensor IC如LMT01 来采冷端温度。

D．Temp Sensor IC

温度传感芯片基于硅带隙与温度的强相关性，精密电流产生内部PN结正偏，由此产生基极到发射极的电压变化(ΔVBE)与芯片检测温度一一对应。

温度传感IC 常用于检测板级温度，为热电偶采冷端温度等。 温度传感器可以输出模拟信号或数字信号，在集成电路的温度范围内可提供高线性和精度(±0.1℃)，有标贴式和通孔封装。