温度传感器常见问题

热敏电阻是一个广泛使用的温度传感器和一个吸引人的替代热电偶和rds-但仅在一些应用。

如果你把所有的消费者、工业、商业、医药、与食品有关的、产品测试和测量以及其他需要检测的地方都加起来,温度是最常被评估和测量的物理参数。在某些情况下,阅读只是一个数据点,主要是为了通知用户(如"现在外面的温度是多少?"");在许多情况下,它是闭环系统的一部分,该系统在理想的设定点上调节和维持系统温度,或能够调整所获得的数据,以纠正和补偿环境温度的变化。

由于评估温度的重要性,许多基本类型的传感器可以用来感知温度并创建一个模拟的电信号来表示温度。其中包括著名的传感器,如热电偶、电阻温度探测器和固态传感器,以及诸如红外传感器、光学传感器、布拉格反射器和热线风速计等更为"深奥"的方案;还有测量极端冷(低温)或高温(例如等离子体)的复杂方案。

这个常见问题将检查热敏电阻,一个基本的,相对低成本,可靠的温度传感器,易于使用和接口。它还将在两种主要替代品的背景下检查热电偶:热电偶和无线电终端。

什么是热敏电阻?

A: 热敏电阻是具有电阻的传感元件,电阻随环境温度的变化而变化。它由金属氧化物半导体组成,压入一个小珠、盘、晶圆片或其他容器,并涂上环氧树脂或玻璃。热敏电阻器是测量温度的非常精确和有效的传感器,尽管只是在有限的范围内。

问:为什么它们被称为热敏器?

A: 这个名字是从短语热敏感的反应器。

问:他们的一些重要属性是什么?

A: 它们提供了任何可比测量设备的最佳灵敏度,非常适合捕捉和传递较小的温度变化。它们通常也比RTD有更高的阻力。与RTD不同,热敏电阻通常是负温度系数器件,这意味着它的电阻随温度的增加而降低。

问:显而易见的问题是,在高水平上,他们如何与rds和热电偶进行比较?

A: 图1 提供概述。

图1这一高层概述提供了一个相对比较的主要特点热电偶,rds和热电偶。

它们是怎样制作的?他们的图解图符号是什么?

A: 热电阻器是由金属和金属氧化物材料的混合物制成的。一旦混合,材料形成和燃烧(烧结)到所需的形状.然后可以使用热电阻作为磁盘风格的热电阻。或用铅线和涂料进一步成形和组装,以形成珠体风格的热敏器( 图2 ).

图2(左)热敏电阻可以看起来像一个普通的带有两个导线的微小珠子;(右)它在示意图上由独立选举委员会或ANSI符号表示。

问:在哪里使用热敏器?

A: 它们被用于许多不考虑极端温度的消费和中等范围的情况,如空调、暖通空调系统和供水系统。

问:他们的"包装"是什么样子的?

A: 环氧涂料通常用于低温设备(通常为-50-150℃),而玻璃涂料则用于高温应用(通常为-50-300℃)。)较低的、非坚硬的消费者应用程序,如空调,通常把它们当作一个带铜引线的露珠包,可以焊接到电路板上。更坚固的装置可以用探测器包装.

热敏电阻的尺寸是多少?

A: 它们可以是相当小的,像一个小圆头。这使它们更容易放置,并确保它们的热质量低,反应时间短。

问:热敏电阻的基本类型是什么?

A: 有两种基本类型。负温度系数(NTC)热敏电阻是最常见的热敏电阻。它的电阻随着温度的上升而降低,反之亦然.随着温度系数的增加,电阻随温度的增加而增加。PTC版本很少用于温度测量,但有其他用途。

问:PTC版本在哪里使用?

A: PTC热敏电阻器用作限流装置或保险丝。PTC设备通常采用反向模式,而不是使用环境温度的变化来引起电阻的变化,从而允许温度测量。电流的增加,例如马达故障或停滞,会导致自热增加,进而导致电阻增加。这种增加阻碍了电流的流动,就像一个限流阀一样。请注意,这个常见问题并没有讨论PTC单位的细节或它们的限流应用;它完全侧重于NTC热敏电阻器和温度感知。

问:热敏电阻的一些主要特性是什么?

A: 热敏电阻的灵敏度是RTD的许多倍,但它的有效温度范围更有限。随着温度的上升,NTC热敏电阻大幅下降。

问:热敏电阻器是否有类似于RDS和热电偶的标准?

A: 与热电偶和rds不同的是,它们对电阻和温度以及其他重要属性都有行业和监管标准,热敏电阻器没有标准化,而且与供应商的链接性要大得多。这并没有阻止它们在适当的应用中被采用。

热敏电阻器性能

问:热敏电阻的温度与电阻转移功能是什么?

A: 每种热敏电阻材料提供不同的电阻。温度曲线。有些材料提供了更好的稳定性,而另一些材料具有较高的电阻,这样它们就可以制造成较大或较小的热敏电阻。

热敏电阻的顶级性能参数是什么?

A: 许多制造商列出一个β常数,表明两个指定温度之间电阻的变化。这个常数和25℃时的电阻可以用来确定一个特定的热敏电阻曲线。

热敏电阻的名义电阻是多少?

A: 它随供应商和特定型号而变化,但可能高达几千欧姆。这一高值提供了一个更大的输出量(通常在100欧姆左右)与准确的测量电流,并往往消除了对铅线电阻补偿的需要,这是规定在某些配置温度传感器。

相对较低温度的应用(-55至大约70℃)通常使用较低电阻热敏电阻(2200-10000℃)。较高温度的应用通常使用较高电阻热敏电阻器(超过10,000分)来优化电阻在所需温度下的变化。

与具有相对较小的名义电阻的rds或热电偶不同,热敏电阻器根据范围有许多标准电阻。常用的值包括2252分,3千电子束,5千电子束,10千电子束,30千电子束,50千电子束,甚至1千电子束。

问:热敏电阻相对于热敏电阻的线性变化是什么? 温度变了?

A: 相比之下,当电阻几乎线性变化时,NTC热敏电阻具有高度的非线性变化( 图3 )。设计者必须在系统中适应这种情况,或者采用非线性工作,或者设计一些线性化方案。然而,它们在不同温度下的高电阻变化提供了更好的分辨率,提供了明显的优势,而不是较小的传感范围。

图3这三个传感器的温带电阻(或电压,热电偶)曲线非常明显,显示出它们之间的明显差异。

热敏电阻的准确性和稳定性如何?

A: 热电阻器是最精确的温度传感器类型之一,根据传感器模型,高性能传感器的精确度可达到+0.1℃或+0.2℃。然而,这一精确度是以"价格"计算的,因为它只能在相当有限的温度范围内,例如0-100℃范围内实现。对于许多消费者和其他应用程序来说,这通常不是一个问题。

问:在选择应用程序的"最佳"或最合适的温度传感器时,热敏电阻在关键性能属性方面如何与热电偶和rds进行比较?

A: 图4 提供了一个很好的总结。然而,与所有这些摘要一样,也有例外和例外情况或定制单位可能与这些概括相抵触。

图4该表更详细地展示了三种传感器类型的比较性能属性。

热敏电阻的基本接口电路是什么样的?

A: 许多电路甚至专用集成电路都有用于此应用,它们都使用一个源驱动电流进入设备,测量电压降或放置在其上的电压源,并测量电流流。然后可以扩展基本电路的校准和补偿功能,故障和断线检测,A/D转换器等。

你能举个例子吗?

A: 图5 显示驱动热敏电阻和电压源的基本电流源。虽然它们看起来很相似,但与电压源(VTF)相比,电流源设置和在每种情况下测量的值有明显的不同。

图5当前源接口(左)和伏特源接口(右)是简单和几乎相同的。但是,它们在与热敏电阻的刺激/反应的相互作用上还是有很大的不同。

结论

热敏电阻为设计师提供了一个可行的选择,在适当的情况和应用中测量温度。它们通常被与热电偶和无线电终端相比较,在许多应用中,它们可以是成本效益高、性能高的传感器,但它们不适合或不适合其他应用。