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簡(jiǎn)述線性ntc溫度傳感器的工作原理及應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2019-05-17 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】線性溫度傳感器是線性化輸出負(fù)溫度系數(shù)(簡(jiǎn)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(shuō)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。
  
線性溫度傳感器是線性化輸出負(fù)溫度系數(shù)(簡(jiǎn)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(shuō)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(kāi)發(fā)測(cè)溫、控溫電路設(shè)計(jì),將無(wú)須線性化處理,就可以完成測(cè)溫或控溫電路設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化儀表設(shè)計(jì)和調(diào)試。
 
 
延長(zhǎng)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。
 
簡(jiǎn)述線性ntc溫度傳感器的工作原理及應(yīng)用
 
基準(zhǔn)電壓的含義:
 
基準(zhǔn)電壓是指?jìng)鞲衅髦糜?℃溫場(chǎng)(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(wú)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(zhǎng)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(wú)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(chǎng))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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(jiàn)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(méi)有這種阻值,可就近阻值選用,對(duì)測(cè)溫精度沒(méi)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(jiàn)圖3)。這種溫度系數(shù)可調(diào)補(bǔ)償元件,無(wú)須繁雜設(shè)計(jì),對(duì)元件工作電流也無(wú)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(chǎng)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?jìng)鞲衅骰鶞?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(zhǎng)線傳輸對(duì)傳感器信號(hào)是否有影響分析:
 
應(yīng)當(dāng)說(shuō)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。
 
 
  
 
 
 
  
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