線性NTC溫度傳感器應(yīng)用知識(shí)詳解

線性溫度傳感器是線性化輸出負(fù)溫度系數(shù)（簡稱ntc）熱敏元件，它實(shí)際上是一種線性溫度-電壓轉(zhuǎn)換元件，就是說通以工作電流（100ua）條件下，元件電壓值隨溫度呈線性變化，實(shí)現(xiàn)了非電量到電量線性轉(zhuǎn)換。

　　線性ntc溫度傳感器的主要特點(diǎn)就是工作溫度范圍內(nèi)溫度-電壓關(guān)系為一直線，這二次開發(fā)測(cè)溫、控溫電路設(shè)計(jì)，將無須線性化處理，就可以完成測(cè)溫或控溫電路設(shè)計(jì)，簡化儀表設(shè)計(jì)和調(diào)試。

　　延長線選用應(yīng)遵循的原則：

　　一般-200～+20℃、-50～+100℃宜選用普通雙膠線；100～200℃范圍內(nèi)應(yīng)選用高溫線。

　　基準(zhǔn)電壓的含義：

　　基準(zhǔn)電壓是指傳感器置于0℃溫場（冰水混合物），通以工作電流（100μa）條件下，傳感器上電壓值。實(shí)際上就是0點(diǎn)電壓。其表示符號(hào)為v（0），該值出廠時(shí)標(biāo)定，傳感器溫度系數(shù)s相同，則知道基準(zhǔn)電壓值v（0），即可求知任何溫度點(diǎn)上傳感器電壓值，而不必對(duì)傳感器進(jìn)行分度。其計(jì)算公式為：

　　v（t）=v（0）+s×t

　　示例：如基準(zhǔn)電壓v（0）=700mv；溫度系數(shù)s=-2mv/℃，則50℃時(shí)，傳感器輸出電壓v（50）=700—2×50=600（mv）。這一點(diǎn)正是線性溫度傳感器優(yōu)于其它溫度傳感器可貴之處。

　　線性ntc溫度傳感器測(cè)溫范圍規(guī)定：

　　就總而言，測(cè)溫范圍可-200～+200℃之間，但考慮實(shí)際需要，一般無須如此寬溫度范圍，規(guī)定三個(gè)不同區(qū)段，以適應(yīng)不同封裝設(shè)計(jì)，同時(shí)延長線選用上亦有所不同。而溫度補(bǔ)償專用線性熱敏元件，則只設(shè)定工作溫度范圍為-40℃～+80℃。完全可以滿足一般電路溫度補(bǔ)償之用。

　　溫度系數(shù)s的含義：

　　溫度系數(shù)s是指規(guī)定工作條件下，傳感器輸出電壓值變化與溫度變化比值，即溫度每變化1℃?zhèn)鞲衅鬏敵鲭妷鹤兓担?s=△v/△t（mv/℃）。

　　溫度系數(shù)是線性溫度傳感器做為溫度測(cè)量元件物理基礎(chǔ)，其作用與熱敏電阻b值相似，這個(gè)參數(shù)整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)是同一值，即-2mv/℃，各種型號(hào)傳感器也是同一值，這一點(diǎn)傳統(tǒng)熱敏電阻溫度傳感器是無可比擬。

　　互換精度這一參數(shù)的意義：

　　互換精度是指同一工作條件下（同一工作電流、同一溫場）同一個(gè)確定理想擬合直線，每一只傳感器電壓v（t）—溫度t曲線與該直線最大偏差，這個(gè)偏差通常按傳感器溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)s折合成溫度來表示。傳感器輸出線性化及溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)相同，即測(cè)溫范圍內(nèi)全程互換，互換精度表示了基準(zhǔn)電壓值離散程度，即用基準(zhǔn)電壓值離散值折合成溫度值大小來描述整批傳感器之間互換程度。一般分為三級(jí)：i級(jí)互換偏差不大于0.3℃;j級(jí)不大于0.5℃;k級(jí)不大于1.0℃。

　　線性度的意義：

　　線性度是描述傳感器輸出電壓值隨溫度變化線性程度，實(shí)際上也就是傳感器輸出電壓工作溫度范圍內(nèi)相理想擬合直線最大偏差。一般情況下，其線性度典型值為±0.5%，很顯然傳感器線性度越高（其值越?。?，儀表設(shè)計(jì)就越簡單，儀表輸入級(jí)完全不必采用線性化處理。

　　線性溫度傳感器是規(guī)范化輸出的原因：

　　所謂規(guī)范化輸出，就是0℃溫度點(diǎn)上傳感器規(guī)定工作條件下，輸出電壓值僅限于某一小范圍內(nèi)，不互換，其基準(zhǔn)電壓值僅限定690-7１0mv之間，這樣電路設(shè)計(jì)時(shí)，易于宏觀上把握傳感器輸出情況，橋路設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償，690-7１0mv之間考慮，調(diào)試中稍加調(diào)整即可。而不象普通熱敏電阻型號(hào)不同，其阻值同，針對(duì)不同型號(hào)，需進(jìn)行不同設(shè)計(jì)計(jì)算。線性溫度傳感器規(guī)范化輸出，可以使儀表電路實(shí)現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計(jì)。

　　實(shí)際使用溫度傳感器是否一定要采用恒流源供電分析：

　　一般情況下是不必要，橋路恒壓供電完全可以（參見16項(xiàng)傳感器信號(hào)處理電路）。這是100μa左右電流條件下，傳感器溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)變化量很小，可以給一個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)量級(jí)概念：

　　100μa時(shí) s=-2mv/℃

　　40μa 時(shí) s=-2.1mv/℃

　　1000μa時(shí)s=-1.9mv/℃

　　而實(shí)際橋路恒壓供電時(shí),其電流變化不會(huì)有如此大幅度。

　　恒壓供電時(shí)，傳感器負(fù)載電阻值確定準(zhǔn)則：

　　恒壓供電時(shí)，負(fù)載電阻接電源與傳感器正極之間，信號(hào)從傳感器正極與負(fù)極之間輸出，設(shè)計(jì)電阻值r時(shí)，以0c時(shí)使傳感器工作電流為100μa即可。如傳感器基準(zhǔn)電壓為v（0）（mv），恒壓源為vdd（mv），則r=（vdd-v（0））(mv)/0.1(ma)。計(jì)算出電阻值r，實(shí)際電阻沒有這種阻值，可就近阻值選用，對(duì)測(cè)溫精度沒有影響。

　　線性溫度補(bǔ)償元件做為電路溫度補(bǔ)償?shù)膬?yōu)越性:

　　這主要考慮熱敏元件輸出規(guī)范化及溫度系數(shù)一致性，便于設(shè)計(jì)。另外，溫度系數(shù)與晶體管電路中晶體管基、射極電壓溫度系數(shù)相同，做為穩(wěn)定晶體管電路工作點(diǎn)基極偏流元件是非常合適。而將幾只元件串聯(lián)使用，可以并聯(lián)電位器方式，電位器調(diào)節(jié)出不同溫度系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)精確溫度補(bǔ)償作用（參見圖3）。這種溫度系數(shù)可調(diào)補(bǔ)償元件，無須繁雜設(shè)計(jì)，對(duì)元件工作電流也無嚴(yán)格要求，這也是這種線性熱敏元件用于溫度補(bǔ)償一大優(yōu)點(diǎn)。

　　民品級(jí)與工業(yè)級(jí)使用中的差異：

　　主互換精度不同，單臺(tái)儀表進(jìn)行大批量群測(cè)應(yīng)用場合，且測(cè)試精度要求較高工業(yè)環(huán)境，建議使用工業(yè)級(jí)；而一臺(tái)表僅用一支傳感器批量大可靠性要求很高民用產(chǎn)品，建議使用民品級(jí)。

　　傳感器信號(hào)處理電路：

　　注：該橋路是r2將傳感器基準(zhǔn)電壓值v（0）予以抵消，即調(diào)整r2上電壓等于傳感器基準(zhǔn)電壓值，這樣使橋路輸出0c時(shí)為0v，然后按-2mv/c輸出到放大器或下一級(jí)電路。做為控溫電路設(shè)計(jì)，則r2上電壓輸出到比較器同相端，傳感器輸出接入比較器反相端，r2選取依控溫點(diǎn)電壓而定，可用公式計(jì)算v（t）=v（0）+s×t到，其中 v（0）是傳感器基準(zhǔn)電壓值（出廠時(shí)給定），s為傳感器電壓溫度系數(shù)（出廠時(shí)給定），t 為控溫點(diǎn)溫度值。建議r2采用多圈電位器，對(duì)控溫點(diǎn)進(jìn)行更準(zhǔn)確設(shè)定。

　　線性ntc溫度傳感器是否可取代熱敏電阻、熱電偶、及其它熱電阻分析：

　　-200～+200c溫度范圍內(nèi)完全可以取代，不須對(duì)原電路做重大改動(dòng)，不用對(duì)傳感器做線性化處理，基準(zhǔn)電壓值和電壓溫度系數(shù)這兩個(gè)參數(shù)就可以設(shè)計(jì)電路，這兩個(gè)參數(shù)出廠時(shí)廠家給予標(biāo)定，對(duì)同一用戶，不同批次產(chǎn)品該參數(shù)不變。

　　穩(wěn)定性的含義：

　　穩(wěn)定性是指傳感器基準(zhǔn)電壓值年漂移量，這個(gè)漂移量再按溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)折合成溫度值，即穩(wěn)定性=±△v/s/年。線性溫度傳感器穩(wěn)定性為±0.05℃/年。這一參數(shù)描述了傳感器各種使用條件下保持原有特性能力。

　　長線傳輸對(duì)傳感器信號(hào)是否有影響分析：

　　應(yīng)當(dāng)說影響不大，一般情況下傳輸距離可達(dá)1000米以上。距離再遠(yuǎn)，可以考慮將傳感器輸出信號(hào)當(dāng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這樣可以方便實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離傳輸。