热敏电阻温度特性曲线_四种温度传感器的性能比较

目前，电子学上常见的用于测量物体温度的传感器有四种，分别为电阻式温度检测器(RTD)，热电偶，热敏电阻以及具有数字和模拟接口的集成电路(IC)传感器。下面是它们各自的优缺点及应用领域。

1 RTD

RTD的电阻随着它自身温度的改变而改变，响应几乎是线性的，性能上像一个电阻器。如图1所示，RTD的电阻曲线并不是完全线性的，存在一定的偏差(图中黑色实线为真实的电阻温度曲线，虚线为辅助的作为参考的线性曲线)。试验中可以验证该曲线重复精度很高，这就说明在严格标定电阻与温度的关系以后，能够实现对曲线上的非线性特性的补偿。最常用的补偿手段是对测得的电阻值进行数字化处理，并根据标定的电阻温度曲线使用微控制器内的存储的数据表以校正非线性。这种传感器器工作的温度范围大约处于-250℃至+750℃之间，在高精度的温度测量应用中很常用。

图1 RTD电阻温度曲线

RTD模拟信号处理电路的复杂度随具体的应用而变化，在使用数字方法矫正非线性的应用中，高精度的放大器和模数转换器(ADC)等组件是不可或缺的。某些情况下，传感器需要供电以便提取传感信息，虽然能节省功耗，但却是信号处理电路更加复杂，且由于电流的作用传感器自身温度上升，影响测量精度。

2 热敏电阻

热敏电阻器与RTD类似，是另一种类型的电阻式传感器。市场上的热敏电阻器种类很多，甚至不乏物美价廉的高精度产品。一般来说，热敏电阻的温度曲线与RTD相比线性特性更差，如图2所示，但由于其价格比较便宜，某些要求比较低的应用领域(简单的测量或阈值检测功能 )仍然使用广泛。如果需要使用热敏电阻测量大范围的温度变化，则需要对电阻温度曲线进行必要的线性化处理工作，至少几个温度点的校准是必要的。如果想进一步提高测量精度，可以考虑使用热敏电阻阵列，但这种处理方式的灵敏度相比单个热敏电阻低。热敏电阻器可在-100°C至+500°C的温度范围内运行，但是通常大多数热敏电阻器的额定最高工作温度范围远小于500°(介于+100°C~+150°C)。

图2 热敏电阻电阻温度曲线

3 热电偶

热电偶是由两根不同材料制成的电线的接点构成(例如J型热电偶是由铁和康铜制成)。如图3，接点1是热电偶的触点，位于待测量的温度处，而接点2和接点3与处理电路相连，测量时输出电压与温度值大致成比例。热电偶的灵敏度相当低(约每摄氏度几十微伏的量级)且在热电偶的工作范围内，温度至电压传递函数中的非线性往往需要补偿电路或查找表，这一点与上述的RTD和热电偶无本质区别，都是为了补偿非线性。尽管有这些缺点，热电偶在高温探测领域仍非常流行，例如烤箱、水加热器、窑炉、测试设备和其它工业处理 ，这个现象产生的原因是热电偶的热质量很低且工作温度范围(工作温度可扩展至2300℃以上)很宽泛。

图3 热电偶原理

4 IC传感器

IC 传感器一种专用的集成芯片，可在-55°C至+150°C的温度范围内工作(极少数的特种IC传感器工作温度可高达+200°C)。集成式IC传感器种类很多，最常见的四种集成式IC传感器包括模拟输出器件、数字接口器件、远程温度传感器以及那些具有温控器功能的集成式IC传感器(又称温度开关)。一般来说需要ADC来对输出信号进行数字化处理时模拟输出器件是最优的无源解决方案，数字接口器件最常使用两线接口(I2C或PMBus)，并具有内置的ADC。远程温度传感器一般具有一路或多路输入以便监测远程二极管温度，因此常被置于高度集成的数字IC中(如FPGA芯片)。IC传感器的优点是功耗低，可提供小型封装产品，某些应用中实现低器件成本。另外IC传感器使用过程中没必要进一步校准，常用于健身跟踪、可佩戴式产品中。

后续给出相关配套的处理电路