EEPW论坛

温度传感器比较

        采用各种不同与温度有关的材料特性，可提供多种温度测量系统。最常用的温度传感器有:

NTC(负温度系数)热敏电阻

热电偶

铂电阻

整体硅器件

       若论“哪种传感器最好”，通常谈不上最好，热敏电阻的应用范围最广，灵敏度最高。其它传感器则有其自己的适当位置，例如热电偶用于最高温度区域。铂电阻线性度好，尺寸大，且昂贵。硅类则价格低，接近线性，但具有相对较窄的温度范围。4种类型各不相同，难以比较，以下依次予以说明。

提要

       热敏电阻最灵敏，具有最宽广的电阻和尺寸选择范围，但属于非线性，具有负温度系数。

       热电偶可在赤热及以上的温度范围内工作，但其输出低，因而要求特别的调节，包括冷接点补偿。

       铂传感器是最线性的，但局限于低的电阻值。

       硅传感器具有正温度系数，其α值2倍于铂类传感器，但是电阻值较高。温度上限为150℃。

NTC(负温度系数)热敏电阻

       它们通常由2或3种金属氧化物组成，混合在类似流行的粘土中，并在高温炉内锻烧成致密的烧结陶瓷。氧连结金属往往会提供自由电子。陶瓷通常是极好的绝缘体。但只有在理论上，当温度接近绝对零度时，热敏电阻型陶瓷才是这种情况。但是，当温度增加至较常见的范围时，热激发会抛出越来越多的自由电子。随着许多电子载流通过陶瓷，有效阻值则降低。

       电阻随温度的变化极为灵敏。典型变化为每摄氏度减少(-)7%至3%。这时适合宽温度范围内使用的任何传感器来说是最灵敏的。额定室温电阻取决于基本材料的电阻率，大小和几何形状，以及电极的接触面积。厚而窄的热敏电阻具有相对高的电阻，而形状是薄而宽的则具有较低电阻。实际尺寸也十分灵活，它们可小至.010 英寸或很小的直径。最大尺寸几乎没有限制，但通常适用半英寸以下。

铂电阻

        金属随温度变化的电阻特性正好与热敏电阻相反。在绝对零度时，所有金属都是良好的导体。通过金属晶格的电子是无电阻的。当温度上升时，原子的热激发(振动)逐步破坏了电子平稳的流动。更高温度会产生更高的热激发状态，对电流产生较大电阻。

        随温度变化的电阻增加是接近线性的增加。除了其它因素如物理膨胀施加小的影响外，相互关系基本上是理想的。这造成比直线比率有略快的增加。所有金属随温度的变化遵循大致相同的相互关系。

        若线绕电阻由铜制成，其变化率约在每摄氏度0.33欧姆。此数字来自电阻变化除以温度变化。当电阻从25°C时的100欧姆改变至绝对零度(-273℃)时的零欧姆时，表达式成为:

(100-0) / (25-(-273)) = 100 / 298 =0.336

        铁、镍、银等100欧姆的线绕电阻器都具有相同的性能。选择铂是由于其化学稳定性和所需要的物理性质，例如低的内应力。但是，物理性质造成略高的实际斜率: 0.39%/℃制作100欧姆的线绕铂电阻存在一些困难，线必须拉制成十分长而细以取得平均100欧姆相对较高的电阻。然后将细线绕在配有一些连接引线手段的绝缘陶瓷杆或管上。100欧姆值最常见，很少有更高值。通常为降低成本可在20或50欧姆值范围内提供某些值。

       在将铂电阻连接至电路中时，互连引线的电阻往往是个问题。1/3欧姆的引线电阻会导致等于1摄氏度的温度误差。于是必须使用3或4线配置，以补偿或平衡不需要的电阻。为了提供较高电阻值，如500或1000欧姆，现已研制出金属膜电阻器。铂通过蒸汽沉积在绝缘陶瓷基片上。其附加优点是尺寸小。

热电偶

       热电偶采用与上述电阻器完全不同的原理。热电偶由2种不同的金属线组成，它们在每一端都连接在一起，以形成一环路。当连接接头经历不同温度时，电流会与温差成比例。若1根线被切断并接入一台电压表，所指示的电压会与温差成比例。

       使用时将线对的1个接头置于被测点上，而另一接头保持在已知的基准温度上。传统基准温度设定在零度，而实际上是融化的冰。现行技术是让“冷接点”按照室温，但需对0℃以上的差进行电子补偿。有趣的是冷接点补偿网络本身需要某种与温度有关的其它器件。

        可用的电压十分小，典型值在40微伏/℃范围内并要求仔细地进行信号调节。从传感点至仪器的连线通常要求相同的金属成份。长引线的电阻可能成为问题。有可能能使用铜加长引线，但会丧失对冷接点的控制。

        有若干标准热电偶金属组合可供使用。在同一种类型中它们是可互换的。尽管存在低信号和引线问题，但是它们的简单和耐用性，特别是高温能力，因而它们仍获得普遍的使用。实际上它们是唯一适合直接插入到火焰中或在灼热温度下运行的窑炉中的器件。其上限几乎达到金属熔化点。

        尺寸非常灵活。除了特殊要求的金属市场上的可获性外，不存在对最大尺寸的限制。在小尺寸方面，又只受到生产和加工细线操作性方面的限制。可提供的某些细线达到几千分之一英寸。

硅

       硅制成的传感器利用基本金属的体电阻而不是2个不同掺杂区的接点电阻。它具有将近2倍于金属线的正温度系数。线性良好。但具有略微向上的曲线。

       特别当其被封装成玻璃二极管型(如DO-35)时，它在本质上属于低成本器件。虽然其温度范围仅在-55℃至150℃，其高的灵敏度、相对高的电阻和接近线性的电阻曲线使它成为许多应用场合的理想器件。结合基本温度控制和指示，它常常直接被组装在许多印刷电路板中, 获得各种温度补偿功能。