溫度傳感器：優(yōu)勢和劣勢
的溫度傳感器：
- 對所測量的介質(zhì)沒有影響
- 非常
- 響應(yīng)即時（在多數(shù)情況下）
- 輸出易于調(diào)節(jié)
不管是哪種類型的傳感器，所有溫度傳感器都要考慮上述因素。
不管測量什么，重要的是要測量設(shè)備自身不會影響所測量的介質(zhì)。進行接觸溫度測量時，這一點尤為重要。選擇正確的傳感器尺寸和導(dǎo)線配置是重要的設(shè)計考慮因素，以減少"桿效應(yīng)"及其他測量錯誤。
將對測量介質(zhì)的影響降低之后，如何地測量介質(zhì)變得關(guān)重要。性涉及傳感器的基本特性、測量性等。如果未能解決有關(guān)"桿效應(yīng)"的設(shè)計問題，再的傳感器也無濟于事。
響應(yīng)時間受傳感器元件的影響，還會受到導(dǎo)線的一些影響。傳感器越小，響應(yīng)速度越快。
YSI Temperature利用微珠技術(shù)生產(chǎn)出了某些響應(yīng)快的商用熱敏電阻。
使用微處理器后可以更輕松地調(diào)節(jié)非線性輸出，因此傳感器輸出的信號調(diào)節(jié)也更不成問題。YSI 4800Linearizing Circuit允許對熱敏電阻的輸出實施單組件線性化。
在各采購代理紛紛尋求廉價的零件之時，工程師們卻認識到了傳感器"一分錢一分貨"的重要性。YSI熱敏電阻可為整體設(shè)計提供重要價值。
傳感器特性
| | NTC熱敏電阻 | 鉑RTD | 熱電偶 | 半導(dǎo)體 |
傳感器 | 陶瓷
金屬氧化尖晶石 | 鉑繞線式
或金屬薄膜 | 熱電 | 半導(dǎo)體
連接點 |
溫度范圍（常規(guī)） | -100 ~ +325?C | -200 ~ +650?C | 200 ~ +1750?C | -70 ~ 150?C |
性（常規(guī)） | 0.05 ~ 1.5 ?C | 0.1 ~ 1.0?C | 0.5 ~ 5.0?C | 0.5 ~ 5.0?C |
100?C時的
長期穩(wěn)定性 | 0.2?C/年（環(huán)氧） 0.02?C/年（玻璃） |
0.05?C/年（薄膜）
0.002?C/年（電線） | 可變，某些類型會隨著 年限的變化而變化 | >1?C/年 |
輸出 | NTC電阻 -4.4%/?C（常規(guī)） | PTC電阻 0.00385Ω/Ω/°C | 熱電壓 10µV ~ 40µV/°C | 數(shù)字，各種輸出 |
線性度 | 指數(shù)函數(shù) | 相當(dāng)線性 | 多數(shù)類型呈非線性 | 線性 |
所需的電源 | 恒定電壓或電流 | 恒定電壓或電流 | 自供電 | 4 ~ 30 VDC |
響應(yīng)時間 | 較快，0.12 ~ 10秒 | 一般較慢，1 ~ 50秒 | 較快，0.10 ~ 10秒 | 較慢，5 ~ 50秒 |
對電噪聲的敏感度 | 相當(dāng)不敏感， 對高電阻敏感 | 相當(dāng)不敏感 | 敏感/冷端補償 | 很大上 取決于布局 |
導(dǎo)線電阻影響 | 低電阻零件 | 很敏感。 需要三線或四線配置 | 對短期運行無影響。 需要TC延長線。 | 不適用 |
成本 | 低到中 | 繞線式——高 薄膜——低 | 低 | 中 |
上述每種主要類型的傳感器的基本操作理論都有所不同。
每種傳感器的溫度范圍也有所不同。熱電偶系列的溫度范圍廣，跨越多個熱電偶類型。
精度取決于基本的傳感器特性。所有傳感器類型的精度各不相同，不過鉑元件和熱敏電阻的精度高。一般而言，精度越高，越高。
長期穩(wěn)定性由傳感器間的推移保持其精度的一致來決定。穩(wěn)定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會降低穩(wěn)定性。鉑和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是穩(wěn)定的傳感器。熱電偶和半導(dǎo)體的穩(wěn)定性則差。
傳感器輸出依照類型而有所變化。熱敏電阻的電阻變化與溫度成反比，因此負溫度系數(shù)(NTC)。鉑等基金屬正溫度系數(shù)(PTC)。熱電偶的千伏輸出較低，并且會隨著溫度的變化而變化。半導(dǎo)體通?？梢哉{(diào)節(jié)，附帶各種數(shù)字信號輸出。
線性度定義了傳感器的輸出在一定的溫度范圍內(nèi)一致變化的情況。熱敏電阻呈指數(shù)級非線性，低溫下的靈敏度遠遠高于高溫下的靈敏度。隨著微處理器在傳感器信號調(diào)節(jié)電路中的應(yīng)用越來越廣泛，傳感器的線性度愈發(fā)不成問題。
通電后，熱敏電阻和鉑元件都需要恒定的電壓或電流。功率調(diào)節(jié)對于控制熱敏電阻或鉑RTD中的自動加熱關(guān)重要。電流調(diào)節(jié)對于半導(dǎo)體而言不太重要。熱電偶會產(chǎn)生電壓輸出。
響應(yīng)時間，即傳感器指示溫度的速度，取決于傳感器元件的尺寸和（假定不使用預(yù)測方法）。半導(dǎo)體的響應(yīng)速度慢。繞線式鉑元件的響應(yīng)速度是第二慢的。鉑薄膜、熱敏電阻和熱電偶提供小包裝，因此帶有高速選件。玻璃微珠是響應(yīng)速度快的熱敏電阻配置。
會導(dǎo)致溫度指示有誤的電噪聲是使用熱電偶時的一個主要問題。在某些情況下，電阻*的熱敏電阻可能是個問題。
導(dǎo)線電阻可能會導(dǎo)致熱敏電阻或RTD等電阻式設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)錯誤偏差。使用低電阻設(shè)備（例如100Ω鉑元件）或低電阻熱敏電阻時，這種影響會更加。對于鉑元件，使用三線或四線導(dǎo)線配置來此問題。對于熱敏電阻，通常會通過電阻值來此影響。熱電偶必須使用相同材料的延長線和連接器作為導(dǎo)線，否則可能會引發(fā)錯誤。
盡管熱電偶是廉價、應(yīng)用廣泛的傳感器，但NTC熱敏電阻的卻往往是高的。
傳感器的優(yōu)勢和劣勢
| | NTC熱敏電阻 | 鉑RTD | 熱電偶 | 半導(dǎo)體 |
| 傳感器 | 陶瓷（金屬氧化尖晶石） | 鉑繞線式或金屬薄膜 | 熱電 | 半導(dǎo)體 連接點 |
| 優(yōu)勢 | - • 靈敏度
- • 精度
- • 成本
- • 堅固耐用
- • 包裝靈活
- • 密封
- • 表面安裝
| | - • 溫度范圍
- • 自供電
- • 不會自動加熱
- • 堅固耐用
| |
| 劣勢 | - • 非線性
- • 自動加熱
- • 潮濕故障
（對于非玻璃設(shè)備）
| - • 導(dǎo)線電阻錯誤
- • 響應(yīng)時間
- • 抗振
- • 大小
- • 包裝限制
| - • 冷端補償
- • 精度
- • 穩(wěn)定性
- • TC延長線
| - • 精度
- • 有限的應(yīng)用
- • 穩(wěn)定性
- • 響應(yīng)時間
|
每種傳感器都有其優(yōu)勢和劣勢。熱敏電阻的主要優(yōu)勢是：
靈敏度：熱敏電阻能隨非常微小的溫度變化而變化。
精度：熱敏電阻能提供很高的精度和誤差。
成本：對于熱敏電阻的高性能，它的很高。
堅固性：熱敏電阻的構(gòu)造使得它非常堅固耐用。
靈活性：熱敏電阻可配置為多種物理形式，包括極小的包裝。
密封：玻璃封裝為其提供了密封的包裝，從而避免因受潮而導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)故障。
表面安裝：提供各種尺寸和電阻容差。
在熱敏電阻的劣勢中，通常自動加熱是一個設(shè)計考慮因素。必須采取適當(dāng)措施將感應(yīng)電流限制在一個足夠低的值，以便使自動加熱錯誤降低到一個可接受的值。
非線性問題可通過軟件或電路來解決，會引發(fā)故障的潮濕問題可通過玻璃封裝來解決。
所有傳感器都有特定的優(yōu)勢和劣勢。要項目取得成功，關(guān)鍵是讓傳感器功能與應(yīng)用相匹配。如果您在確定熱敏電阻是否是設(shè)計選件方面需要獲得幫助，請YSI Temperature應(yīng)用工程師。
