NTC热敏电阻

如何选择最佳温度传感器

发布时间:2018-11-16    文章来源:敏创原创    点击次数:
  在设计温度检测电路时,重要的是不要付出超过实际需要的电量。通过了解应用的要求,可以选择最佳的温度传感器,在不影响性能,准确性或可靠性的情况下最大限度地降低成本。选择传感器时需要考虑几个因素。它们在下表中列出。


   NTC热敏电阻  白金RTD  热电偶  半导体
 温度范围  -50至250°C  -200至600°C  -200至1750°C,取决于类型   -70至150°C
 产量  -4.4%/°C输出灵活可用作电阻或电压  0.00385欧姆/°C  10至40 mV /°C  各种(因为输出是数字的,它可以是任何东西),常见的标称电阻
 线性  指数,需要线性化  相当线性  非线性  线性
 能量源  任何恒定的电压或电流  任何恒定的电压或电流  自供电  4-30 V DC
 典型的响应时间  速度:0.12到10秒  非常慢:1到50秒  慢:0.2到20秒  非常慢:5到60+秒
 准确性  0.05至1.5°C  0.1至1°C  0.5至5°C  1至5°C
 易受电噪声影响  非常低  非常低  极端,特别是如果冷结  取决于电路板布局
 铅电阻对精度的影响  非常低  极易受影响,尤其适用于3线和4线配置  没有  N / A
 线性  指数,需要线性化  相当线性  非线性  线性
 成本(-50至250°C范围)  低至中等,密封<$。50,未密封<$ 0.10  高,最高$ 6  中等,0.50美元  中等,0.90美元
         

温度范围
  选择温度传感器时的首要考虑因素是温度范围。例如,对于超过1000 ° C的工作环境,热电偶通常是唯一的选择。但是,只有少数应用涉及这种极端温度。
对于大多数工业,医疗,汽车,消费者和通用嵌入式系统,典型的工作温度范围要窄得多。当使用基于半导体的组件时,范围甚至更有限。例如,用于商业和消费类应用的MCU的额定温度为0°C至85 ° C。工业应用的MCU可将范围扩展至-40°C至100 ° C,而汽车MCU需要在-40°C至125 °的温度范围内工作 C.因此,工程师通常可以选择使用任何标准类型的温度传感器。

打包
  甲温度检测组件需要不同的包装,取决于正在测量。例如,基于半导体的传感器不能直接浸入热油中。
低成本传感器可以通过环氧涂层保护。对于更高温度的操作,温度传感器可以密封在玻璃中。这也可以保护他们免受其他环境因素的影响,包括液体和碎屑。传感器可放置在不锈钢外壳中,以提高稳定性。所需的外壳越复杂,传感器的成本就越高。
传感器还有各种形状和尺寸。 为应用选择合适的传感器可以提高性能,响应能力和可靠性。 例如,所有温度传感器由于通过它们的功率而经受自加热。这种自加热会提高传感器周围的环境温度,从而引入误差并对精度产生负面影响。
使用NTC热敏电阻,可以增加传感器的质量,以减少由于自加热引起的误差。 即使是小尺寸的变化也会对减少自热产生很大影响。例如,与2 x 2 x 2 mm热敏电阻相比,3 x 3 x 3 mm热敏电阻的体积/质量大于3倍。只有使用热敏电阻才能实现这种灵活性。基于半导体的传感器本质上是固定的。由于RTD和热电偶都是以电线为基础的,这限制了工程师调整质量以减少自热误差的能力。

稳定性
  温度传感器会随着时间的推移而漂移,具体取决于所使用的材料,结构和包装。例如,涂有环氧树脂的NTC热敏电阻每年变化0.2°C,而气密密封的变压器仅变化0.02°C /年。铂RTD也具有出色的稳定性:薄膜为0.05 °C /年,全线为0.002°C /年。热电偶和基于半导体的传感器在1°C和 2°C /年时的稳定性都要低得多。
在需要运行多年的应用中,稳定性非常重要。如果系统可以不时地进行校准,则可以减轻稳定性的影响,尽管这会带来引入维护复杂性和成本的权衡。理想情况下,系统的稳定性足以延长整个预期的使用寿命。

准确性
  如果没有可靠的检测电路,温度控制和补偿功能的质量和可靠性就会降低。有几个因素会影响温度检测电路的精度,包括分辨率和响应性。对于需要精确温度控制的应用,精度显然是一个问题。然而,在温度仅是可靠性问题的应用中,精度也可以具有实质性。
考虑一个采用风扇的嵌入式系统,以防止MCU 过热,从而降低  可靠性。只要超过上限,风扇就会打开。如果使用低成本热电偶,测量精度最高可达5°C。此外,这种热电偶的响应性大约为20秒。这意味着当超过上限阈值时,温度可能会在系统注册更改之前稳定上升20秒。预防措施可能还需要额外的时间来付出努力。此外,在1 ° C /年的稳定性下,预计运行10年的设备将需要考虑另一个潜在的10 ° C变化。
在选择上限阈值温度时,工程师必须考虑到这个基于热电偶的探测器电路可能在系统真正的5 ° C和20秒后面。精确度问题的一个解决方案是在制造期间校准检测电路。然而,这增加了不希望的费用。
更常见的是,工程师会将上限阈值降低到这样一个水平:为了补偿5 ° C的变化和20 s的延迟,系统的可靠性极限超出其可靠性限制的可能性更小。然而,较低的阈值意味着预防措施将比使用更准确和响应更快的检测电路更快地制定。这就像你不需要的时候运行A / C. 这种过度使用会影响风扇的可靠性并消耗比必要的更多功率。
的NTC热敏电阻能够实现基本的传感器类型的-50℃至250内的最高准确性° C温度范围内。精度范围从0.05到1.5,具有高长期稳定性,具体取决于所用传感器和包装的类型。 NTC热敏电阻还具有出色的响应性,订购量为0.12至10秒。相比之下,铂RTD或基于半导体的探测器的响应速度非常慢,分别为1至50秒和5至60秒。当其他组件记录到温度变化时,基于NTC热敏电阻的电路已经使系统能够采取纠正措施。
结果是,使用NTC热敏电阻,工程师可以选择更严格的上限阈值,优化风扇可靠性和功耗。此外,由于其快速的响应性和宽输出电阻的动态范围,NTC热敏电阻即使在很小的温度范围内也能非常精确。这使它们在各种嵌入式应用中具有极强的通用性。

抗噪声
  还有其他影响精度的因素,包括对电噪声和引线电阻的敏感性(即从温度传感器组件中引出的引线产生的噪声)。虽然热电偶不受导线电阻的影响,但它们最容易受到电噪声的影响,特别是冷端热电偶。基于半导体的传感器也没有耐铅电阻,但对电噪声的抗扰性取决于电路板布局。 铂RTD对电噪声相当不敏感但它们非常容易受到铅电阻噪声的影响,特别是在3线和4线配置中。NTC热敏电阻由于其初始电阻非常高,因此对电噪声和引线电阻具有出色的抗噪性。

成本
  对于特定传感器类型,温度检测电路的成本通常随着精度的提高而上升。更强大的包装也会增加成本。对于温度范围为-50°C至250 ° C的应用,铂RTD的成本最高可达6美元。基于半导体的传感器是第二高的,约为0.9美元。热电偶以低成本着称,但实际上成本适中,为0.5美元。对于密封的玻璃封装传感器, NTC热敏电阻的成本最低,<0.2美元。如果应用不需要密封传感器, NTC热敏电阻的体积可能低于0.5美元。




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