選擇溫度傳感產(chǎn)品也許看似小事一樁，但由于可用的產(chǎn)品多種多樣,，因此這項(xiàng)任務(wù)可能令人頗感畏懼。在這篇博客文章中，筆者將介紹四種類型的溫度傳感器(電阻式溫度檢測(cè)器(RTD),、熱電偶、熱敏電阻器以及具有數(shù)字和模擬接口的集成電路(IC)傳感器)并討論每種傳感器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),。
 

　　從系統(tǒng)級(jí)的立足點(diǎn)來(lái)看,，溫度傳感器是否適合您的應(yīng)用將取決于所需的溫度范圍、準(zhǔn)確度,、線性度,、解決方案成本、功能,、功耗,、解決方案尺寸、安裝法(表面貼裝法與通孔插裝法以及電路板外安裝法)還有必要支持電路的易設(shè)計(jì)程度,。
 

　　RTD當(dāng)一邊測(cè)量RTD的電阻一邊改變它的溫度時(shí),，響應(yīng)幾乎是線性的，表現(xiàn)得像一個(gè)電阻器,。如圖1所示,，該RTD的電阻曲線并非*呈線性，而是有幾度的偏差(示出了一條用作參考的直線)——但卻是高度可預(yù)測(cè)并可復(fù)驗(yàn)的,。為了對(duì)這種輕微的非線性進(jìn)行補(bǔ)償,，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都會(huì)對(duì)測(cè)得的電阻值進(jìn)行數(shù)字化處理，并使用微控制器內(nèi)的查找表以便應(yīng)用校正因子,。這種寬溫度范圍(大約-250℃至+750℃)內(nèi)的可復(fù)驗(yàn)性和穩(wěn)定性使RTD在高精度應(yīng)用(包括在管道和大容器內(nèi)測(cè)量液體或氣體的溫度)中極為有用,。
 

　　1：RTD的電阻與溫度
 

　　用來(lái)處理RTD模擬信號(hào)的電路的復(fù)雜度基本上根據(jù)應(yīng)用而變化。放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等組件(這些組件會(huì)產(chǎn)生它們自己的誤差)是*的,。只有當(dāng)測(cè)量必要時(shí)才給傳感器供電——通過(guò)該方法您也可實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行,，但這會(huì)使該電路復(fù)雜得多。而且,，使傳感器通電所需的功率還會(huì)提高其內(nèi)部的溫度,，從而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。僅僅幾毫安的電流,，這種自加熱效應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生溫度誤差(這些誤差是可糾正的,，但需要進(jìn)一步的斟酌考量)。另外,，請(qǐng)謹(jǐn)記：線繞式鉑RTD或薄膜RTD的成本可能相當(dāng)高,，尤其當(dāng)與IC傳感器的成本進(jìn)行比較時(shí)。
 

　　熱敏電阻器是另一種類型的電阻式傳感器。有多種多樣可用的熱敏電阻器,，從物美價(jià)廉的產(chǎn)品到高精度產(chǎn)品,，不一而足。低成本,、低精度的熱敏電阻器可執(zhí)行簡(jiǎn)單的測(cè)量或閾值檢測(cè)功能——這類電阻器需多個(gè)組件(如比較器,、參考和分立式電阻器)，但非常便宜,，并具有非線性的電阻-溫度屬性,，如圖2所示。如果您需要測(cè)量寬范圍的溫度,，您將需進(jìn)行大量的線性化處理工作,。對(duì)幾個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)可能是必要的。為實(shí)現(xiàn)更高的精度,，可用更昂貴且公差更緊的熱敏電阻陣列來(lái)幫助解決這種非線性難題，但這種陣列通常比單個(gè)熱敏電阻器靈敏度低,。
 

　　2：熱敏電阻器的電阻與溫度
 

　　因?yàn)槎嗵凕c(diǎn)系統(tǒng)增加了復(fù)雜度和成本,，所以低成本熱敏電阻器一般僅用于具有最少功能要求的應(yīng)用，包括烤面包器,、咖啡機(jī),、電冰箱和吹風(fēng)機(jī)。此外,，熱敏電阻器還會(huì)遭受自加熱問(wèn)題的困擾(通常在較高溫度下,，此時(shí)它們的電阻較低)。和RTD的情況一樣,，尚未發(fā)現(xiàn)不能在低電源電壓下使用熱敏電阻器的根本原因——但請(qǐng)記住,，滿量程輸出越低，它根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)特性直接轉(zhuǎn)化成的系統(tǒng)靈敏度越低,。小功率應(yīng)用還需要提高電路復(fù)雜度,，以便能對(duì)噪聲引起的誤差非常敏感。熱敏電阻器可在-100°C至+500°C的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行,，雖然大多數(shù)熱敏電阻器的額定最高工作溫度范圍是+100°C至+150°C,。
 

　　熱電偶包括由不同材料制成的兩根電線的接點(diǎn)。例如,，J型熱電偶是由鐵和康銅制成的,。如圖3所示，接點(diǎn)1位于待測(cè)量的溫度處,，而接點(diǎn)2和接點(diǎn)3則被置于用LM35模擬溫度傳感器測(cè)定的不同溫度處,。輸出電壓與這兩個(gè)溫度值的差大致成比例。
 

　　3：將LM35用于熱電偶冷接點(diǎn)補(bǔ)償因?yàn)闊犭娕嫉撵`敏度相當(dāng)?shù)?在每攝氏度幾十微伏的量級(jí)上)，所以您將需要低偏移放大器來(lái)產(chǎn)生可用的輸出電壓,。在熱電偶的工作范圍內(nèi),，溫度至電壓傳遞函數(shù)中的非線性往往需要補(bǔ)償電路或查找表，正如RTD和熱電偶一樣,。然而,，盡管有這些缺點(diǎn)，熱電偶仍非常流行,，尤其適用于烤箱,、水加熱器、窯爐,、測(cè)試設(shè)備和其它工業(yè)處理——原因是熱電偶的熱質(zhì)量很低且工作溫度范圍(工作溫度可擴(kuò)展至2300℃以上)很寬泛,。
 

　　IC傳感器可在-55°C至+150°C的溫度范圍內(nèi)工作——精選的幾種IC傳感器工作溫度可高達(dá)+200°C。有各種類型的集成式IC傳感器,，不過(guò)四種最常見(jiàn)的集成式IC傳感器當(dāng)屬模擬輸出器件,、數(shù)字接口器件、遠(yuǎn)程溫度傳感器以及那些具有溫控器功能的集成式IC傳感器(溫度開關(guān)),。模擬輸出器件(一般是電壓輸出,，但有些也具有電流輸出)在其需要ADC來(lái)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理時(shí)最像無(wú)源解決方案。數(shù)字接口器件最常使用兩線接口(I2C或PMBus),，并具有內(nèi)置的ADC,。
 

　　除了也包括一個(gè)局部溫度傳感器外，遠(yuǎn)程溫度傳感器還具有一路或多路輸入以便監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程二極管溫度——它們最常被置于高度集成的數(shù)字IC(例如,，處理器或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列【FPGA】)中,。當(dāng)達(dá)到溫度閾值時(shí)，溫控器可提供簡(jiǎn)單的警報(bào),。
 

　　使用IC傳感器有許多好處,，包括：功耗低；可提供小型封裝產(chǎn)品(有些尺寸小到0.8mm×0.8mm),；還可在某些應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低器件成本,。此外，由于IC傳感器在生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中都經(jīng)過(guò)校準(zhǔn),，因此沒(méi)有必要進(jìn)一步校準(zhǔn),。它們通常用于健身跟蹤應(yīng)用、可佩戴式產(chǎn)品,、計(jì)算系統(tǒng),、數(shù)據(jù)記錄器和汽車應(yīng)用。
 

　　經(jīng)驗(yàn)豐富的電路板設(shè)計(jì)人員將根據(jù)最終產(chǎn)品要求來(lái)使用最合適的解決方案,。表1展示了每種溫度傳感器的相對(duì)優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì),。