測溫電路設計

大話硬件 2020-12-12 19:42 393 閱讀 6 贊 4 收藏 2 評論

本篇文章將介紹如何設計測溫電路，希望與大家一起學習進步！也歡迎讀者朋友關注、收藏、分享和點贊，感謝支持！

溫度這個物理量在很多場合需要檢測，目前市場測溫的方法和種類也比較多，在選用何種方法的時候，需要被考慮到的因素有：溫度檢測范圍，精度，靈敏度，應用場合，封裝形式，成本等等。根據自己最近研究的內容，將溫度檢測的方式也可以叫電路分為模擬式和數字式的

1. 數字式溫度傳感器

常見的數字式測溫芯片DS18B20，這個便宜，接口簡單，所以在實驗室用的還比較多。DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。

DS18b20不足之處在于溫度下降的時候，比較緩慢。使用它的時候，電路比較簡單，如下即可：

2. 模擬式溫度傳感器

模擬式的溫度傳感器常見的有鉑電阻，NTC，LM35三種，下面分別敘述一下三種溫度傳感器的工作原理。

2.1 鉑電阻測溫

鉑電阻，簡稱為：鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。它有PT100和 PT1000等等系列產品，它適用于醫療、電機、工業、溫度計算、衛星、氣象、阻值計算等高精溫度設備，應用范圍非常之廣泛。說簡單點，鉑電阻就是測溫就是根據它特有的屬性，溫度變化，組織變化，根據研究，溫度變化，阻值變化之間存在一個關系式，所以可以用阻值的變化來表征溫度的變化。具體的關系式這里不做說明。要注意的是誤差來源：1. 在使用鉑電阻測溫的時候，導線的電阻會對測量的結果產生影響，所以出現了兩線制、三線制、四線制這幾種測溫電路。2. 鉑電阻在測量溫度的時候，用恒流源通過鉑電阻。大家知道，電流通過一個電阻，電阻屬于耗能元件，根據焦耳定律，電流越大，發熱越嚴重。本來就是測量溫度，所以為了剔除測量電路自身帶來的干擾，電流要保證的1mA以下，甚至是0.5mA。

2.2 NTC

NTC是NegaTIve Temperature Coefficent 的縮寫，意思是負的溫度系數，泛指負溫度系數很大的半導體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負溫度系數熱敏電阻器。它是以錳（Mn）、鈷（Co）、鎳（Ni）、鋁（Al）、鋅（Zn）等兩種或者兩種以上高純度金屬氧化物為主要材料，經共同沉淀或水熱法合成的納米粉體材料，后經球磨充分混合、等靜壓成型、高溫燒結、半導體切片、劃片、玻封燒結或環氧包封等封結工藝制成的接近理論密度結構的半導體電子陶瓷材料，這些金屬氧化物材料都具有半導體性質，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。它具有電阻值隨著溫度的變化而相應變化的特性。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1500000歐姆，溫度系數-2%~-5%。其電阻率和材料參數（B值）隨材料成分比例、燒結溫度、燒結氣氛和結構狀不同而變化，這種具有負溫度系數特征的熱敏電阻具有靈敏度高、穩定性好、響應快、壽命長、成本低等特點，NTC熱敏電阻器可廣泛應用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。測溫電路如下：R14用來限流，R100用來補償NTC電阻的非線性，能夠將NTC電阻溫度和電阻曲線變得線性一些。

在軟件上，利用差值法進行再一次的補償，這樣做的意義就是盡可能保證線性度的提高，簡化測溫的難度。

2.3 模擬型LM35

LM35 是由National Semiconductor 所生產的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉換公式如式，0 時輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增加10mV。LM35 有多種不同封裝型式，外觀如圖所示。在常溫下，LM35 不需要額外的校準處理即可達到 ±1/4℃的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其接腳如圖所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測;兩種接法的靜止電流-溫度關系如圖所示，在靜止溫度中自熱效應低(0.08℃)，單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內正常工作非常省電。在使用LM35的時候，為了提高溫度變化電壓變化的靈敏度，常常需要用到運算放大器，將溫度沒升高1度所帶來的電壓10mv電壓變化進行放大。