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)。 　　本文引用地址： 　　從系統(tǒng)級(jí)的立足點(diǎn)來看，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的電阻曲線并非完全呈線性，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。 　　圖1：RTD的電阻與溫度 　　用來處理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)是不可或缺的。只有當(dāng)測(cè)量必要時(shí)才給傳感器供電 —— 通過該方法您也可實(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 　　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。 　　圖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 工作溫度范圍是+100°C至+150°C。 　　熱電偶 　　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。 　　圖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 　　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，不過四種常見的集成式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來對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理時(shí)像無源解決方案。數(shù)字接口器件常使用兩線接口(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)試過程中都經(jīng)過校準(zhǔn)，因此沒有必要進(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)終產(chǎn)品要求來使用合適的解決方案。表1展示了每種溫度傳感器的相對(duì)優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì)。 　　表1：RTD、熱敏電阻器、熱電偶和IC傳感器的相對(duì)優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

　　2018年10月21日， 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟成立儀式暨核電儀器儀表計(jì)量測(cè)試技術(shù)研討會(huì)在上海舉行。中國工程院葉奇蓁院士、 市場(chǎng)監(jiān)督管理總局計(jì)量司張益群副司長(zhǎng)、上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)韋平副主任、上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局陶永華副局長(zhǎng)以及 核局、上海市核電辦公室、中國計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)和上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院負(fù)責(zé)人出席會(huì)議，共同見證聯(lián)盟成立并為聯(lián)盟揭牌。 　　張益群副司長(zhǎng)代表 市場(chǎng)監(jiān)督管理總局計(jì)量司，對(duì) 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟的成立表示熱烈的祝賀。他強(qiáng)調(diào)，產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟是建設(shè) 產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試服務(wù)體系的重要載體，是服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要平臺(tái)。核電儀器儀表聯(lián)盟要形成服務(wù)核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大合力，提高企業(yè)在創(chuàng)新發(fā)展中的主體作用和創(chuàng)新投入強(qiáng)度，探索建立開放包容、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互惠互利、合作共贏的可持續(xù)合作模式，加大計(jì)量科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流和人才培養(yǎng)。他期待， 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟能集眾智、匯眾力，敢于擔(dān)當(dāng)、勇于創(chuàng)新，以持之以恒、鍥而不舍的精神，為加快我國核電裝備的國產(chǎn)化、促進(jìn)核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)升級(jí)、服務(wù)“一帶一路”倡議做出貢獻(xiàn)。 　　韋平副主任指出，在當(dāng)前國際形勢(shì)風(fēng)云變幻的大背景下，核電關(guān)鍵儀器儀表國產(chǎn)化工作更加任重道遠(yuǎn)、意義重大。聯(lián)盟集聚了包括企業(yè)、科研院所、高校等產(chǎn)業(yè)鏈在內(nèi)的各方優(yōu)勢(shì)資源，發(fā)揮了各功能主體的創(chuàng)新疊加效應(yīng)，在解決產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性問題等方面形成了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。上海市經(jīng)濟(jì)與信息化委員會(huì)、上海市核電辦公室將繼續(xù)大力支持 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟的工作，希望聯(lián)盟未來成為服務(wù)政府和行業(yè)各單位的紐帶，以及促進(jìn)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的“助推器”，共同為建設(shè)天藍(lán)、地綠、水凈、宜居、、美麗的家園貢獻(xiàn)力量! 　　陶永華副局長(zhǎng)表示，上海一直都秉承服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理念，努力建設(shè)卓越的全球城市，加快推進(jìn)上海“五個(gè)中心”建設(shè)，積極打響 　　“四大品牌”。上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)揮產(chǎn)業(yè)計(jì)量服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)支撐作用，支持 產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心建設(shè)。他希望，聯(lián)盟能圍繞急需解決的測(cè)量測(cè)試瓶頸問題實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)核電儀器儀表可測(cè)量、可計(jì)量領(lǐng)域的突破;發(fā)揮聯(lián)盟平臺(tái)極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)和技術(shù)外溢效應(yīng)，服務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量和創(chuàng)新發(fā)展;以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，引領(lǐng)構(gòu)建現(xiàn)代先進(jìn)測(cè)量體系，為我國核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有效的計(jì)量保障。 　　上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院邵力院長(zhǎng)致歡迎詞并表示，在 市場(chǎng)監(jiān)督管理總局的關(guān)心和支持下，在上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的指導(dǎo)幫助下，上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院按照“三全一前”的建設(shè)理念全力推進(jìn) 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心的建設(shè)。即將成立的 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟將通過技術(shù)能力合作共同開展科研項(xiàng)目攻關(guān)、參與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定等形式為核電儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量科技發(fā)展提供技術(shù)支持，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和在國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力貢獻(xiàn)一份力量。 　　為進(jìn)一步技術(shù)能力、實(shí)現(xiàn)核電儀器儀表關(guān)鍵技術(shù)有所突破， 核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心特聘請(qǐng)以葉奇蓁院士為主任委員的17位專家組成專家委員會(huì)，指導(dǎo)聯(lián)盟開展關(guān)鍵領(lǐng)域、關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量技術(shù)研究。會(huì)上為專家頒發(fā)了聘書，并為首批38家聯(lián)盟單位授牌。 　　會(huì)議期間還進(jìn)行了核電儀器儀表計(jì)量測(cè)試技術(shù)研討，葉奇蓁院士作“中國核電與核電儀控”特邀報(bào)告，李波博士作“區(qū)塊鏈+未來”專題報(bào)告。 　　中核核電運(yùn)行管理有限公司劉崇都副總經(jīng)理、中核集團(tuán)三門核電有限公司范福平副總經(jīng)理也在大會(huì)發(fā)言，他們認(rèn)為計(jì)量測(cè)試技術(shù)是保證核電站運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)，將積極參與聯(lián)盟各項(xiàng)合作工作，發(fā)揮核電運(yùn)行企業(yè)優(yōu)勢(shì)資源，為推動(dòng)核電儀表國產(chǎn)化、促進(jìn)核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)升級(jí)做出積極貢獻(xiàn)。 　　來自生態(tài)環(huán)境部核與輻射中心、中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院、中國原子能科學(xué)研究院、中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、中核核電運(yùn)行管理有限公司、中核集團(tuán)三門核電有限公司、中國航空工業(yè)集團(tuán)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東華理工大學(xué)、上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司、國核工程有限公司、上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司、北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司、上海材料研究所、上海國纜檢測(cè)中心有限公司、上海自動(dòng)化儀表有限公司、重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司等全國核電儀器儀表行業(yè)的專家和聯(lián)盟單位代表共計(jì)100余人參加會(huì)議。