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)點與缺點。 　　本文引用地址： 　　從系統(tǒng)級的立足點來看，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)計程度。 　　RTD 　　當(dāng)一邊測量RTD的電阻一邊改變它的溫度時，響應(yīng)幾乎是線性的，表現(xiàn)得像一個電阻器。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)測并可復(fù)驗的。為了對這種輕微的非線性進行補償，大多數(shù)設(shè)計人員都會對測得的電阻值進行數(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(這些組件會產(chǎn)生它們自己的誤差)是不可或缺的。只有當(dāng)測量必要時才給傳感器供電 —— 通過該方法您也可實現(xiàn)低功耗運行，但這會使該電路復(fù)雜得多。而且，使傳感器通電所需的功率還會提高其內(nèi)部的溫度，從而影響測量準(zhǔn)確度。僅僅幾毫安的電流，這種自加熱效應(yīng)就會產(chǎn)生溫度誤差(這些誤差是可糾正的，但需要進一步的斟酌考量)。另外，請謹(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傳感器的成本進行比較時。 　　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)行簡單的測量或閾值檢測功能 —— 這類電阻器需多個組件(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。如果您需要測量寬范圍的溫度，您將需進行大量的線性化處理工作。對幾個溫度點進行校準(zhǔn)可能是必要的。為實現(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熱敏電阻器靈敏度低。 　　圖2：熱敏電阻器的電阻與溫度 　　因為多跳變點系統(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、電冰箱和吹風(fēng)機。此外，熱敏電阻器還會遭受自加熱問題的困擾(通常在較高溫度下，此時它們的電阻較低)。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。例如，J型熱電偶是由鐵和康銅制成的。如圖3所示，接點1位于待測量的溫度處，而接點2和接點3則被置于用LM35模擬溫度傳感器測定的不同溫度處。輸出電壓與這兩個溫度值的差大致成比例。 　　圖3：將LM35用于熱電偶冷接點補償 　　因為熱電偶的靈敏度相當(dāng)?shù)?在每攝氏度幾十微伏的量級上)，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，熱電偶仍非常流行，尤其適用于烤箱、水加熱器、窯爐、測試設(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來對輸出信號進行數(shù)字化處理時像無源解決方案。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)場可編程門陣列【FPGA】)中。當(dāng)達(dá)到溫度閾值時，溫控器可提供簡單的警報。 　　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)用中實現(xiàn)低器件成本。此外，由于IC傳感器在生產(chǎn)測試過程中都經(jīng)過校準(zhǔn)，因此沒有必要進一步校準(zhǔn)。它們通常用于健身跟蹤應(yīng)用、可佩戴式產(chǎn)品、計算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄器和汽車應(yīng)用。 　　經(jīng)驗豐富的電路板設(shè)計人員將根據(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優(yōu)勢/劣勢。 　　表1：RTD、熱敏電阻器、熱電偶和IC傳感器的相對優(yōu)勢與劣勢

　　【中國環(huán)保在線 明星企業(yè)】在日前召開的第29屆中國國際測量控制與儀器儀表展覽會上，儀器儀表裝備制造業(yè)領(lǐng)跑者杭州美儀自動化有限公司帶著一系列具有國際水準(zhǔn)的產(chǎn)品參展。業(yè)界人士評價認(rèn)為，憑借信息技術(shù)與制造技術(shù)的深入融合，美儀自動化正在以共享方式重塑儀器儀表制造新生態(tài)。 　　第29屆中國國際測量控制與儀器儀表展覽會 美儀自動化展臺實景 　　業(yè)內(nèi)人士都知道，傳統(tǒng)儀器儀表正逐步實現(xiàn)快速擴張。一個佐證是，截至2017年底，我國儀器儀表制造業(yè)年度總產(chǎn)值為9995.00億元，產(chǎn)值同比增長2.60%；銷售收入同比增長2.17%；年度利潤總額為869.10億元，利潤同比增長9.97%。未來三年內(nèi)，儀器儀表產(chǎn)銷值達(dá)到或接近萬億元，年均增幅為15%，累計增幅在75%以上。 　　夯筑本土智造內(nèi)核、破局鏈條長、效率低的問題就是杭州美儀自動化有限公司(下文簡稱“美儀自動化”)“小目標(biāo)”。 　　作為中國儀器儀表學(xué)會理事單位，成立于2006年的美儀自動化擁有研發(fā)中心、制造中心、市場開發(fā)和客戶服務(wù)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。初，美儀自動化以儀器儀表、自動化系統(tǒng)為切入點，先后與E+H、JUMO等國際知名自動化品牌達(dá)成戰(zhàn)略合作，并創(chuàng)建了獨具品牌價值的產(chǎn)品內(nèi)核。迄今，美儀自動化業(yè)務(wù)范圍覆蓋分析儀表、流量儀表、壓力儀表、溫度儀表、物位儀表、記錄儀表、校驗儀表等多個細(xì)分板塊。 　　數(shù)據(jù)顯示，秉承著“以客戶為中心，以奮斗者為本”的發(fā)展理念，用新闖市場的美儀自動化成立12年來，已全國多個省市設(shè)立服務(wù)中心。與此同時，為響應(yīng)“走出去”等一系列扶持政策，美儀自動化相繼在德國、新加坡、馬來西亞、印度等地設(shè)有聯(lián)絡(luò)點，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷80多個 和地區(qū)。在美儀自動化相關(guān)企業(yè)負(fù)責(zé)人看來，企業(yè)之所以能在短時間內(nèi)取得如此重大的進展主要得益于三點。 　　首先是渠道扁平化。美儀自動化打通了儀器儀表制造產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計研發(fā)、裝備制造、項目運維等各個環(huán)節(jié)，并不斷開展優(yōu)化提速，讓用戶更加快捷方便地定制出自己的產(chǎn)品。一方面美儀自動化始終關(guān)注國際、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢，積極思考和尋找能夠彎道超車、具備發(fā)展空間的儀器儀表板塊；另一方面，從本地制造業(yè)發(fā)展的趨勢和杭州城市功能定位出發(fā)，努力探索高端化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的儀器儀表設(shè)備，在做產(chǎn)品的基礎(chǔ)上也打造出專注于過程自動化解決方案的品質(zhì)內(nèi)核。 　　同時還有生態(tài)共享化。美儀自動化將自身定位為可以幫助裝備制造實現(xiàn)本土智造的行業(yè)翹楚，即通過技術(shù)幫助儀器儀表裝備精準(zhǔn)對接本土制造力量，讓智能化、網(wǎng)絡(luò)化賦能整體產(chǎn)業(yè)鏈。上述企業(yè)負(fù)責(zé)人指出，美儀自動化構(gòu)建的新體系，能從技術(shù)創(chuàng)新、基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)品采購、日常運維等層面打造覆蓋的服務(wù)流程，實現(xiàn)儀器儀表智造一體化。 　　其次是產(chǎn)品獨有化。經(jīng)過12年的積累，美儀自動化的系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用體系已基本成熟，并在儀器儀表行業(yè)的本土制造商均取得了不俗的業(yè)績。在日前召開的第29屆中國國際測量控制與儀器儀表展覽會上，由美儀自動化帶來的多款對標(biāo)國際水準(zhǔn)的儀器儀表一經(jīng)亮相，便獲得了業(yè)界的一致稱贊。 　　圖為展會上 美儀自動化帶來的系列拳頭產(chǎn)品 　　誠如全部采用進口芯體、不銹鋼外殼的熱電偶溫度傳感器(也稱鎧裝熱電阻)不僅可測量液體與蒸汽，還可在氣體介質(zhì)、固體表面溫度的工況條件下維持正常運作。目前，市場上熱電阻主要是Pt100，熱電偶主要是K型、T型、S型、R型、B型、N型、E型、J型等8種常規(guī)型號。但美儀自動化可按照現(xiàn)場測溫精度與測溫范圍，針對不同情況定制出熱電阻與熱電偶。也正是憑借穩(wěn)定性好、精度高、抗震性強等優(yōu)勢，熱電偶溫度傳感器已廣泛適用于工業(yè)自動化設(shè)備配套及石油、化工、冶金、電力等過程控制領(lǐng)域。 　　同樣表現(xiàn)搶眼的還有SUP-LDG電磁流量計。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進行流量測量的該裝置，集智能化、小型輕量化、多功能、高精度于一體。在實現(xiàn)0.02秒超快響應(yīng)頻率、滿足現(xiàn)場顯示的同時，SUP-LDG電磁流量計還可輸出4—20mA電流信號供記錄、調(diào)節(jié)和控制用。反復(fù)試驗證明，該裝置已通過GB/T18659-2002(IDT ISO9140:1991)封閉管道中導(dǎo)電液體流量測量 電磁流量計的性能評定方法標(biāo)準(zhǔn)。 　　而在上述企業(yè)負(fù)責(zé)人看來，美儀自動化并不打算顛覆誰。在經(jīng)歷了快速擴張、提質(zhì)增效等發(fā)展階段后，美儀自動化順勢提出“精品智造”，用信息技術(shù)賦能儀器儀表設(shè)備行業(yè)，推動產(chǎn)業(yè)鏈從產(chǎn)品銷售端轉(zhuǎn)向用戶需求端、從追求銷售利潤轉(zhuǎn)向服務(wù)增值。