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通用溫度傳感器的比較

1. 熱電偶:

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(1) 測溫原理: 兩種不同成分的導體(稱為熱電偶絲或熱電極)兩端接合成回路,當接合點的溫度不同時,在回路中就會產生電動勢,這種現象稱為熱電效應,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,顯示出熱電偶所產生的熱電動勢,通過查詢熱電偶分度表,即可得到被測介質溫度。
(2) 測溫范圍:常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量,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)。
(3) 常用熱電偶型號:

熱電偶分度號
熱電極材料
正極
負極
S 鉑銠10 純鉑
R 鉑銠13 純鉑
B 鉑銠30 鉑銠6
K 鎳鉻 鎳硅
T 純銅 銅鎳
J 銅鎳
N 鎳鉻硅 鎳硅
E 鎳鉻 銅鎳

2 熱電阻

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(1)測溫原理: 熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的,即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此,只要測量出感溫熱電阻的阻值變化,就可以測量出溫度。 目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。 金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示,即:Rt=Rt0[1+α(t-t0)] 式中,Rt為溫度t時的阻值;Rt0為溫度t0(通常t0=0℃)時對應電阻值;α為溫度系數。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為:Rt =AeB/t式中Rt為溫度為t時的阻值;A、B取決于半導體材料的結構的常數。
(2)測溫范圍:金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內的溫度測量,其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠。半導體熱敏電阻測溫范圍只有-50~300℃左右, 且互換性較差,非線性嚴重,但溫度系數更大,常溫下的電阻值更高(通常在數千歐以上)。
(3)常用熱電阻:目前應用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅:鉑電阻精度高,適用于中性和氧化性介質,穩定性好,具有一定的非線性,溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測溫范圍內電阻值和溫度呈線性關系,溫度系數大,適用于無腐蝕介質,超過150℃易被氧化。國內最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種,它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000;銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種,它們的分度號為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應用最為廣泛。

3 集成溫度傳感器

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模擬式溫度傳感器
(1)原理:將驅動電路、信號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上,具有實際尺寸小、使用方便、靈敏度高、線性度好、響應速度快等優點。
(2)常見模擬式溫度傳感器: 電壓輸出型: LM3911、LM335、LM45、AD22103。 電流輸出型:AD590。
(3)實例: LM135\235\335繫列是美國國家半導體公司(NS)生產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壓管。該繫列器件靈敏度為10mV/K,具有小于1Ω的動態阻抗,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。該器件廣泛應用于溫度測量、溫差測量以及溫度補償繫統中。 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相當于溫度變化1℃,最大非線性誤差為±0.3℃,響應時間僅為20μs,重複性誤差低至±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或CMOS多路轉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。
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數字式溫度傳感器:
(1)原理:將敏感元件、A/D轉換單元、存儲器等集成在一個芯片上,直接輸出反應被測溫度的數字信號,使用方便,但響應速度較慢(100ms數量級)。
(2)實例:DS18B20是美國Dallas半導體公司生產的世界上第一片支持“一線總線” 接口的數字式溫度傳感器,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,對應的可分辨溫度分彆為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,出廠設置默認為12位,在12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字。

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