溫度傳感器的應用及原理
溫度是實際應用中經常需要測試的參數，從鋼鐵制造到半導體生產，很多工藝都要依靠溫度來實現，溫度傳感器是應用系統與現實世界之間的橋梁。溫度測量應用非常廣泛，不僅生產工藝需要溫度控制，有些電子產品還需對它們自身的溫度進行測量，如計算機要監控cpu的溫度，馬達控制器要知道功率驅動ic的溫度等等，下面介紹幾種常用的溫度傳感器。
熱電偶溫度傳感器
熱電偶由兩種不同金屬結合而成，它受熱時會產生微小的電壓，電壓大小取決于組成熱電偶的兩種金屬材料，鐵-康銅(j型)、銅-康銅(t型)和鉻-鋁(k型)熱電偶是zui常用的三種。熱電偶產生的電壓很小，通常只有幾毫伏。k型熱電偶溫度每變化1℃時電壓變化只有大約40μv，因此測量系統要能測出4μv的電壓變化測量精度才可以達到0.1℃。
由于兩種不同類型的金屬結合在一起會產生電位差，所以熱電偶與測量系統的連接也會產生電壓。一般把連接點放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個節點處以同一溫度下，從而降低誤差。有時候也會測量隔熱塊的溫度，以補償溫度的影響(下圖)。
測量熱電偶電壓要求的增益一般為100到300，而熱電偶擷取的噪聲也會放大同樣的倍數。通常采用測量放大器來放大信號，因為它可以除去熱電偶連線里的共模噪聲。市場上還可以買到熱電偶信號調節器，如模擬器件公司的ad594/595，可用來簡化硬件接口。
電阻溫度傳感器
電阻溫度傳感器(rtd)實際上是一根特殊的導線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常熱電阻溫度傳感器（rtd）材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。熱電阻溫度傳感器（rtd）元件可以是一根導線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或濺射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上。
熱電阻溫度傳感器（rtd）的電阻值以0℃阻值作為標稱值。0℃ 100ω鉑熱電阻在1℃時它的阻值通常為100.39ω，50℃時為119.4ω，下圖中有關于rtd電阻/溫度曲線與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。 熱電阻的誤差要比熱敏電阻小，對于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，rtd熱電阻與熱敏電阻的接口電路基本相同。
固態熱傳感器
zui簡單的半導體溫度傳感器就是一個pn結，例如二極管或晶體管基極-發射極之間的pn結。如果一個恒定電流流過正向偏置的硅 pn結，正向壓降在溫度每變化1℃時會降低1.8mv。很多ic利用半導體的這一特性來測量溫度，包括美信的max1617、國半的lm335和lm74 等等。半導體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行spi/微線接口都可以。
熱敏電阻器
用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負溫度系數(ntc)，也就是說溫度下降時它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)zui高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。
下表是一個典型的ntc熱敏電阻器性能參數。
這些數據是對vishay-dale熱敏電阻進行量測得到的，但它也代表了ntc熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個比率形式給出(r/r25)，該比率表示當前溫度下的阻值與25℃時的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。以表1中的熱敏電阻系列為例，25℃時阻值為10kω的電阻，在0℃時電阻為28.1kω，60℃時電阻為4.086kω；與此類似，25℃時電阻為5kω的熱敏電阻在0℃時電阻則為 14.050kω。
上圖是熱敏電阻的溫度曲線，可以看到電阻/溫度曲線是非線性的。雖然這里的熱敏電阻數據以10℃為增量，但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點之間某一溫度下的阻值，可以用這個曲線來估計，也可以直接計算出電阻值，計算公式如下：
這里t指開氏溫度，a、b、c、d是常數，根據熱敏電阻的特性而各有不同。
熱敏電阻一般有一個誤差范圍，用來規定樣品之間的一致性。根據使用的材料不同，誤差值通常在1%至10%之間。有些熱敏電阻設計成應用時可以互換，用于不能進行現場調節的場合，例如一臺儀器，用戶或現場工程師只能更換熱敏電阻而無法進行校準，這種熱敏電阻比普通的精度要高很多，也要貴得多。
左圖是利用熱敏電阻測量溫度的典型電路。電阻r1將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓，一般它與adc的參考電壓一致，因此如果adc的參考電壓是5v，vref也將是5v。熱敏電阻和電阻串聯產生分壓，其阻值變化使得節點處的電壓也產生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。
自熱問題
由于熱敏電阻是一個電阻，電流流過它時會產生一定的熱量，因此電路設計人員應確保拉升電阻足夠大，以防止熱敏電阻自熱過度，否則系統測量的是熱敏電阻發出的熱，而不是周圍環境的溫度。熱敏電阻消耗的能量對溫度的影響用耗散常數來表示，它指將熱敏電阻溫度提高比環境溫度高1℃所需要的毫瓦數。耗散常數因熱敏電阻的封裝、管腳規格、包封材料及其它因素不同而不一樣。
系統所允許的自熱量及限流電阻大小由測量精度決定，測量精度為±5℃的測量系統比精度為±1℃測量系統可承受的熱敏電阻自熱要大。應注意拉升電阻的阻值必須進行計算，以限定整個測量溫度范圍內的自熱功耗。給定出電阻值以后，由于熱敏電阻阻值變化，耗散功率在不同溫度下也有所不同。
有時需要對熱敏電阻的輸入進行標定以便得到合適的溫度分辨率，上圖（左）是一個將10～40℃溫度范圍擴展到adc整個0～5v輸入區間的電路。熱敏電阻是一種低成本溫度測量方法，而且使用也很簡單，下面我們介紹電阻溫度探測器和熱電偶溫度傳感器。
溫度傳感器種類很多，通過正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應用的傳感器。
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由于兩種不同類型的金屬結合在一起會產生電位差，所以熱電偶與測量系統的連接也會產生電壓。一般把連接點放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個節點處以同一溫度下，從而降低誤差。有時候也會測量隔熱塊的溫度，以補償溫度的影響(下圖)。
測量熱電偶電壓要求的增益一般為100到300，而熱電偶擷取的噪聲也會放大同樣的倍數。通常采用測量放大器來放大信號，因為它可以除去熱電偶連線里的共模噪聲。市場上還可以買到熱電偶信號調節器，如模擬器件公司的ad594/595，可用來簡化硬件接口。
電阻溫度傳感器
電阻溫度傳感器(rtd)實際上是一根特殊的導線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常熱電阻溫度傳感器（rtd）材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。熱電阻溫度傳感器（rtd）元件可以是一根導線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或濺射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上。
熱電阻溫度傳感器（rtd）的電阻值以0℃阻值作為標稱值。0℃ 100ω鉑熱電阻在1℃時它的阻值通常為100.39ω，50℃時為119.4ω，下圖中有關于rtd電阻/溫度曲線與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。 熱電阻的誤差要比熱敏電阻小，對于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，rtd熱電阻與熱敏電阻的接口電路基本相同。
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zui簡單的半導體溫度傳感器就是一個pn結，例如二極管或晶體管基極-發射極之間的pn結。如果一個恒定電流流過正向偏置的硅 pn結，正向壓降在溫度每變化1℃時會降低1.8mv。很多ic利用半導體的這一特性來測量溫度，包括美信的max1617、國半的lm335和lm74 等等。半導體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行spi/微線接口都可以。
熱敏電阻器
用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負溫度系數(ntc)，也就是說溫度下降時它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)zui高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。
下表是一個典型的ntc熱敏電阻器性能參數。
這些數據是對vishay-dale熱敏電阻進行量測得到的，但它也代表了ntc熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個比率形式給出(r/r25)，該比率表示當前溫度下的阻值與25℃時的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。以表1中的熱敏電阻系列為例，25℃時阻值為10kω的電阻，在0℃時電阻為28.1kω，60℃時電阻為4.086kω；與此類似，25℃時電阻為5kω的熱敏電阻在0℃時電阻則為 14.050kω。
上圖是熱敏電阻的溫度曲線，可以看到電阻/溫度曲線是非線性的。雖然這里的熱敏電阻數據以10℃為增量，但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點之間某一溫度下的阻值，可以用這個曲線來估計，也可以直接計算出電阻值，計算公式如下：
這里t指開氏溫度，a、b、c、d是常數，根據熱敏電阻的特性而各有不同。
熱敏電阻一般有一個誤差范圍，用來規定樣品之間的一致性。根據使用的材料不同，誤差值通常在1%至10%之間。有些熱敏電阻設計成應用時可以互換，用于不能進行現場調節的場合，例如一臺儀器，用戶或現場工程師只能更換熱敏電阻而無法進行校準，這種熱敏電阻比普通的精度要高很多，也要貴得多。
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有時需要對熱敏電阻的輸入進行標定以便得到合適的溫度分辨率，上圖（左）是一個將10～40℃溫度范圍擴展到adc整個0～5v輸入區間的電路。熱敏電阻是一種低成本溫度測量方法，而且使用也很簡單，下面我們介紹電阻溫度探測器和熱電偶溫度傳感器。
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