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遠(yuǎn)紅外溫度傳感器技術(shù)資料使用詳情
點(diǎn)擊次數(shù):1636 更新時(shí)間:2018-04-08
遠(yuǎn)紅外溫度傳感器應(yīng)用非常廣泛,不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制,有些電子產(chǎn)品還需對它們自身的溫度進(jìn)行測量,如計(jì)算機(jī)要監(jiān)控CPU的溫度,馬達(dá)控制器要知道功率驅(qū)動IC的溫度等等,下面介紹幾種常用的溫度傳感器。
溫度是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要測試的參數(shù),從鋼鐵制造到半導(dǎo)體生產(chǎn),很多工藝都要依靠溫度來實(shí)現(xiàn),溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界之間的橋梁。本文對不同的溫度傳感器進(jìn)行簡要概述,并介紹與電路系統(tǒng)之間的接口。
熱敏電阻器
用來測量溫度的傳感器種類很多,遠(yuǎn)紅外溫度傳感器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC),也就是說溫度下降時(shí)它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中,熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時(shí)電阻的變化)zui高,但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。
這些數(shù)據(jù)是對Vishay-Dale熱敏電阻進(jìn)行量測得到的,但它也代表了NTC熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個(gè)比率形式給出(R/R25),該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25℃時(shí)的阻值之比,通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。以表1中的熱敏電阻系列為例,25℃時(shí)阻值為10KΩ的電阻,在0℃時(shí)電阻為28.1KΩ,60℃時(shí)電阻為4.086KΩ;與此類似,25℃時(shí)電阻為5KΩ的熱敏電阻在0℃時(shí)電阻則為 14.050KΩ。
圖1是熱敏電阻的溫度曲線,可以看到電阻/溫度曲線是非線性的。
雖然這里的熱敏電阻數(shù)據(jù)以10℃為增量,但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點(diǎn)之間某一溫度下的阻值,可以用這個(gè)曲線來估計(jì),也可以直接計(jì)算出電阻值,計(jì)算公式如下:
這里T指開氏溫度,A、B、C、D是常數(shù),根據(jù)熱敏電阻的特性而各有不同,這些參數(shù)由熱敏電阻的制造商提供。
遠(yuǎn)紅外溫度傳感器一般有一個(gè)誤差范圍,用來規(guī)定樣品之間的一致性。根據(jù)使用的材料不同,誤差值通常在1%至10%之間。有些熱敏電阻設(shè)計(jì)成應(yīng)用時(shí)可以互換,用于不能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)的場合,例如一臺儀器,用戶或現(xiàn)場工程師只能更換熱敏電阻而無法進(jìn)行校準(zhǔn),這種熱敏電阻比普通的精度要高很多,也要貴得多。
利用熱敏電阻測量溫度的典型電路。電阻R1將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓,一般它與ADC的參考電壓一致,因此如果ADC的參考電壓是5V,Vref也將是5V。熱敏電阻和電阻串聯(lián)產(chǎn)生分壓,其阻值變化使得節(jié)點(diǎn)處的電壓也產(chǎn)生變化,該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。
自熱問題
由于遠(yuǎn)紅外溫度傳感器是一個(gè)電阻,電流流過它時(shí)會產(chǎn)生一定的熱量,因此電路設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保拉升電阻足夠大,以防止熱敏電阻自熱過度,否則系統(tǒng)測量的是熱敏電阻發(fā)出的熱,而不是周圍環(huán)境的溫度。
熱敏電阻消耗的能量對溫度的影響用耗散常數(shù)來表示,它指將熱敏電阻溫度提高比環(huán)境溫度高1℃所需要的毫瓦數(shù)。耗散常數(shù)因熱敏電阻的封裝、管腳規(guī)格、包封材料及其它因素不同而不一樣。
系統(tǒng)所允許的自熱量及限流電阻大小由測量精度決定,測量精度為±5℃的測量系統(tǒng)比精度為±1℃測量系統(tǒng)可承受的熱敏電阻自熱要大。
應(yīng)注意拉升電阻的阻值必須進(jìn)行計(jì)算,以限定整個(gè)測量溫度范圍內(nèi)的自熱功耗。給定出電阻值以后,由于熱敏電阻阻值變化,耗散功率在不同溫度下也有所不同。
有時(shí)需要對熱敏電阻的輸入進(jìn)行標(biāo)定以便得到合適的溫度分辨率,圖3是一個(gè)將10~40℃溫度范圍擴(kuò)展到ADC整個(gè)0~5V輸入?yún)^(qū)間的電路。
運(yùn)算放大器輸出公式如下:
一旦熱敏電阻的輸入標(biāo)定完成以后,就可以用圖表表示出實(shí)際電阻與溫度的對應(yīng)情況。由于熱敏電阻是非線性的,所以需要用圖表表示,系統(tǒng)要知道對應(yīng)每一個(gè)溫度ADC的值是多少,表的精度具體是以1℃為增量還是以5℃為增量要根據(jù)具體應(yīng)用來定。
用遠(yuǎn)紅外溫度傳感器測量溫度時(shí),在輸入電路中要選擇好傳感器及其它元件,以便和所需要的精度相匹配。有些場合需要精度為1%的電阻,而有些可能需要精度為0.1%的電阻。在任何情況下都應(yīng)用一張表格算出所有元件的累積誤差對測量精度的影響,這些元件包括電阻、參考電壓及熱敏電阻本身。
如果要求精度高而又想少花一點(diǎn)錢,則需要在系統(tǒng)構(gòu)建好后對它進(jìn)行校準(zhǔn),由于線路板及熱敏電阻必須在現(xiàn)場更換,所以一般情況下不建議這樣做。在設(shè)備不能作現(xiàn)場更換或工程師有其它方法監(jiān)控溫度的情況下,也可以讓軟件建一張溫度對應(yīng)ADC變化的表格,這時(shí)需要用其它工具測量實(shí)際溫度值,軟件才能創(chuàng)建相對應(yīng)的表格。對于有些必須要現(xiàn)場更換熱敏電阻的系統(tǒng),可以將要更換的元件(傳感器或整個(gè)模擬前端)在出廠前就校準(zhǔn)好,并把校準(zhǔn)結(jié)果保存在磁盤或其它存儲介質(zhì)上,當(dāng)然,元件更換后軟件必須要能夠知道使用校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。
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