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主流的溫度傳感器有哪些？該怎么選？
16世紀(jì)末，伽利略制造了一個(gè)顯示溫度變化的裝置，利用容器內(nèi)空氣收縮原理，觀察水柱的高度來(lái)判斷溫度的變化。而我們目前所知道的溫度計(jì)是由三托里奧在1612年發(fā)明的，但當(dāng)時(shí)他也只是做出了一個(gè)雛形。
發(fā)展至今，作為工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療等行業(yè)最常見(jiàn)的傳感器，溫度傳感器發(fā)展至今可謂是百花齊放。按照作用方式來(lái)分的話，分為接觸式和非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器包括雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等；非接觸式的基本是根據(jù)黑體輻射的基本定理，而這類傳感器只有對(duì)黑體所測(cè)的溫度才是真實(shí)溫度，對(duì)于非黑體需要進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正，不過(guò)材料表面發(fā)射率的測(cè)試精度很難保證，因?yàn)槠浒l(fā)射率受溫度、波長(zhǎng)、表面狀態(tài)、涂層等因素有關(guān)。
不過(guò)，現(xiàn)在主流的溫度傳感器分為四種，即RTD、熱敏電阻、熱電偶以及具有數(shù)字和模擬接口的集成電路傳感器。
RTD
RTD溫度傳感器主要是金屬制成，通過(guò)溫度變化影響自身電阻值來(lái)測(cè)量溫度。雖然常用金屬有銅、鎳和鎳合金，但是鉑憑借良好的線性、重復(fù)性和穩(wěn)定性穩(wěn)固了溫度參考傳遞國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的地位。RTD的電阻是隨著溫度的上升而增大，但是也并非是很嚴(yán)格線性，根據(jù)下圖我們可以看到，會(huì)產(chǎn)生輕微偏差，一般情況下可以對(duì)電阻值進(jìn)行數(shù)字化處理，查找校正因子。
還是以鉑為例，在性能方面，鉑RTD除了具有上述所說(shuō)的線性、重復(fù)性和穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，-200~+650℃的測(cè)溫范圍，0.1~1.0℃的測(cè)溫精度上也是比較優(yōu)良的性能。
不過(guò)，RTD的缺點(diǎn)也是比較明顯，由于需要恒定電壓/電流，所以通電過(guò)程中產(chǎn)生的功率會(huì)影響其所測(cè)溫度，影響準(zhǔn)確度（需進(jìn)一步糾正）。另外，在RTD模擬信號(hào)輸出時(shí)，放大器和ADC組件的自身誤差也需要計(jì)算在內(nèi)。
熱敏電阻
類似于RTD，熱敏電阻也是電阻式傳感器。它的分類主要是按照溫度系數(shù)劃定，分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。PTC主要材料為摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷，而NTC主要材料是過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。
以NTC為例，雖然不是線性變化，但是它的線性度是指數(shù)函數(shù)，電阻值隨著溫度的升高而降低。由于其本身材料因素，所以它的整體價(jià)格相對(duì)于鉑RTD來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟(jì)，同時(shí)，材料選用也是相對(duì)靈活，能夠加工成各式各樣的形狀以及小型化處理。另外，由于其電阻隨溫度變化極為靈敏，它的測(cè)量精度與鉑RTD不相上下，為0.05~1.5℃。
同樣的，由于通電過(guò)程中，產(chǎn)生的自熱和ADC等因素會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，所以NTC的測(cè)量結(jié)果也需要進(jìn)行糾正。它的適用溫度范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較苛刻，一般在0-150℃左右。需要指出的是，由于NTC元件容易老化，穩(wěn)定性也一般。
熱電偶
熱電偶傳感器是屬于非常常見(jiàn)的接觸式傳感器，通過(guò)兩種不同的導(dǎo)體材料兩端接合形成回路。當(dāng)結(jié)合點(diǎn)兩端的溫度不同，回路就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，也稱為熱電勢(shì)，根據(jù)熱電勢(shì)的大小，在連接的表盤上顯示溫度。
由于使用材料的靈活性，熱電偶傳感器的測(cè)溫范圍很廣，工作溫度最高可以達(dá)到2000℃以上，且屬于耐用器件，可用于危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境下。同時(shí)它的感應(yīng)接合點(diǎn)是直接暴露的，所以它對(duì)溫度變化的響應(yīng)較快。其實(shí)我們從原理上就可以看出來(lái)，熱電偶傳感器不需要外接電源，所以它不容易產(chǎn)生自發(fā)熱。
顯然，熱電偶傳感器在準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定性上會(huì)稍遜一籌，它的測(cè)溫精度在0.5-5.0℃，而由于暴露，抗腐蝕性較弱，所以穩(wěn)定性不如RTD和熱敏電阻。
IC類傳感器
IC類溫度傳感器屬于集成式的傳感器，目前分為模擬輸出傳感器、數(shù)字輸出傳感器、遠(yuǎn)程溫度傳感器以及溫度開(kāi)關(guān)類的具有溫控器功能的傳感器。不過(guò)，從主流分類來(lái)看，模擬集成溫度傳感器和模擬集成數(shù)字傳感器使用較多。這兩款傳感器都屬于內(nèi)置ADC，將溫度傳感器集成在芯片上進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算、輸出等動(dòng)作。IC類溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于功耗較低，體積小，集成度高，生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中已經(jīng)做過(guò)校準(zhǔn)，所以出廠后無(wú)需再次校準(zhǔn)。
缺點(diǎn)在于，它的測(cè)試溫度范圍僅為-70~+150℃，測(cè)溫精度與熱電偶傳感器差不多，為0.5-5.0℃。
在物聯(lián)網(wǎng)成為風(fēng)口、傳感器需求加速增長(zhǎng)的時(shí)代下，溫度傳感器無(wú)疑將會(huì)成為最重要的器件之一，如何選擇合適的溫度傳感器，需要從溫度范圍、精度、成本等多個(gè)角度考量。
文章來(lái)源于物聯(lián)傳媒 ，作者Vior.Liu
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