PDF《热管理设计手册》

根 据精度的不同,成本一般在中、低端;

线性度虽然较差,但可预测,有些情况下需要信号调理. 热敏电阻可以是探头、表贴、裸线等不同形式的专用封装.Maxim提供能够将热敏电阻阻值转换 为数字信号的IC. 图1所示为一种常见的利用热敏电阻测量温度的方法,其中热敏电阻和一个固定阻值的电阻构 成分压器,输出通过模/数转换器(ADC)进行数字转换. 图1. 图中基本电路说明了热敏电阻与 ADC 的连接.电阻 R1 和热敏电阻构成分压器,输出电压随温度变化. NTC 热敏电阻 NTC 是温度测量中最常见的热敏电阻.NTC 通常由金属氧化物半导体材料铸模而成,具有较大 的负温度系数.常见 NTC 的电阻值随温度的变化关系如图

2 所示,请注意阻值与温度曲线的非 线性.

6 (a) (b) 图2. 标准 NTC 电阻与温度的关系曲线,标称电阻为 10k? (+25°C 时).请注意曲线(a)的非线性和较大的相对 温度系数;

曲线(b)为对数坐标,同样可以看出明显的非线性.

7 注意,必须测量较宽的温度范围时,NTC 的非线性会为测量造成一定困难.由于图

2 所示曲线 的斜率在极端温度下明显减小,配合 NTC 使用的任何 ADC 的有效温度分辨率在极端温度下都 会下降.如果必须测量较宽的温范围,可能需要使用更高分辨率的 ADC. 将NTC 与图

1 所示固定电阻相结合,构成分压器,可以在一定程度上补偿线性度,如图

3 所示.选择合适的固定电阻的阻值,在测温范围内调整曲线的线性度,从而满足具体的应用需求. 图3. 按照图

1 所示设计 NTC 分压器能够在一定的温度范围内对 NTC 的电阻曲线进行线性补偿.NTC 和外部 电阻 R1 的电压是温度的函数,注意电压在 0°C 至+70°C 范围内大体呈线性关系. NTC 的精度指标随温度变化非常明显.一端为低廉的热敏电阻,只在单一温度下保证精度指 标.元件能够指示大概的温度值――在保证温度下偏离实际温度几摄氏度――但在其它温度下不 能保证.另一端则为比较昂贵的可互换热敏电阻,在较宽温范围内能够保证零点几度的精度.

8 RTD 电阻温度检测器(RTD)是一种阻值随温度变化的电阻.铂是最常见、精度最高的金属丝材料.铂RTD称为Pt-RTD,镍、铜及其它金属亦可用来制造RTD.RTD具有较宽的测温范围,最高达 +750°C,具有较高精度和较好的可重复性, 线性度适中,需要进行信号调理. 考虑到 RTD 所具备的精度、稳定性以及宽温工作范围,被广泛用于各种高精度温度检测,包括 仪器、过程控制和汽车系统. 对于Pt-RTD,最常见的电阻值是:0°C时,标称值为100?或1k?,当然也有其它电阻值.0°C 和+100°C之间的平均斜率称为阿尔法(α).该值与铂中的参杂及其浓度有关.最常见的两个α值是:0.00385和0.00392,分别对应于IEC

751 (Pt100)和SAMA标准. 阻值与温度的关系曲线具有适当的线性度,但有一定弯曲,可由 Callendar-Van Dusen 方程表 示: R(T) = R0(1 + aT + bT2 + c(T - 100)T3 ) 式中: T = 温度(°C) R(T) = T 温度下的阻值 R0 = T 为0°C 时的阻值 IEC

751 规定 α = 0.00385055 及下列 Callendar-Van Dusen 系数: a = 3.90830 x 10-3 b = -5.77500 x 10-7 当-200°C ≤ T ≤ 0°C 时,c = -4.18301 x 10-12 ;

当0°C ≤ T ≤ +850°C 时,c = 0. 图4所示为 Pt100 RTD 的电阻随温度的变化曲线,利用 α 进行直线逼近.注意,在-20°C 至+120°C 范围内,直线逼近的精度优于±0.4°C.图5所示为实际阻值与利用直线逼近法计算的阻 值之间的误差(单位为度).