吴 康

摘要：本文从常用的三种温度传感器-热电偶、RTD和NTC热敏电阻开始到智能化的开拓与数字温度传感器引入将分别按序介绍,并对其在解决大功率电路发热设计方案中的应用作一分折说明。

关键词：线性化   共模噪声    结点补偿    温度漂移   PWM模式

1、 工业中常用温度传感器的分类

        温度是测量频度最高的物理参数，并且可采用各种各样的传感器来进行测量。所有这些传感器均通过检测某种物理特性的变化来推断温度。最常用的三种温度传感器是热电偶、电阻温度计(RTD)和NTC热敏电阻,见图1所示。值此先作介绍。

2、ANALOG FOR THE DIGITAL AGE  2004  Microchip Technology Inc.

1.1热电偶

        由两个焊接在一起的异金属导线(以形成两个结点)所组成。结点之间的温差会在两根导线之间产生热电电位(即电压)。通过将参考结点保持在已知温度上并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，而且体积极小。不过，它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺陷。

1.2电阻温度计(RTD)

        是能够显示电阻值随温度变化情况的绕丝或薄膜螺旋管。虽然常用的金属是铜、镍和镍铁合金等，但采用铂制成的RTD具有最佳的线性、可重复性和稳定性。凭借其上佳的线性

        和无与伦比的长期稳定性，铂RTD牢固确立了自己作为温度参考传递国际标准的地位。尽管薄膜铂RTD提供了性能匹配，但标准等级线绕电阻则在成本、外形尺寸和便利性方面更胜一筹。早期的薄膜铂RTD饱受漂移的困扰，原因是它们具有较高的表面积与体积之比,因而令其对污染更加敏感。后来，薄膜隔离和封装的改进消除了这些问题，使得薄膜RTD一举超越线绕电阻和NTC热敏电阻而成为温度传感器之首选。

1.3 NTC热敏电阻

        由金属氧化物陶瓷组成，是低成本、灵敏度最高的温度传感器。同时，它们也是线性最差的温度传感器，并具有负温度系数。热敏电阻拥有各种外形尺寸、基极电阻值以及电阻-温度(R-T)函数关系曲线，可供简化封装和输出线性化电路之用。通常将两个热敏电阻组合起来使用，以使输出具有较好的线性。常用的热敏电阻具有10%-20%的互换性。虽然可提供1%的精确互换性，但花费的成本往往要高于铂RTD。普通的热敏电阻可在有限的工作温度范围内呈现出上佳的电阻稳定性，而在较宽的温度范围内工作时则表现出中等水平的稳定性(在125℃条件下为2%/1000小时)。

2、 温度传感器的智能化-工业过程与检测的温度测量电路

2.1 RTD测量电路-0℃至400℃温度范围的PTl00传感器线性化测量电路

        图2为只采用一个双通道运算放大器OPA2335和7个电阻器便构建了具有线性化功能的低成本RTD测量电路。该电路的第一级负责在0℃至400℃的温度范围内对PTl00传感器进行线性化处理，从而产生±0.08℃的最大温度误差。R1用于确定RTD的初始激励电流。R3和R4负责设定线性化级的增益，以确保A1的输入处于其共模范围之内。Vo1将随着温度的升高而升高。Vo1的一小部分通过R2馈回输入端，用于线性化处理。应计算出合适的R1-R4

        电阻器阻值，使得通过RTD的最大激励电流的电阻达100Ω，以避免由于自发热而导致测量误差。

        该电路的第二级负责失调和增益调节。这里，对Vo1的线性斜率重新进行调整,以便在0.5V至4.5V的输出范围内提供10mV/℃的Vo2斜率。

22 通过4-20mA电流环路对远程三线式RTD进行温度测量

        图3为该电路采用4-20mA电流发送器XTR112来测量远程三线式RTD的温度的应用电路图(三线式是图3中RTD上下的1、2、3线),这儿应用了4-20mA电流发送器XTR112的电流环路功能。该器件提供了两个用于RTD激励和线性电阻补偿的匹配电流源