【導(dǎo)讀】線性溫度傳感器是線性化輸出負溫度系數(shù)(簡稱ntc)熱敏元件,它實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溫度系數(shù)(簡稱ntc)熱敏元件,它實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)測溫、控溫電路設(shè)計,將無須線性化處理,就可以完成測溫或控溫電路設(shè)計,簡化儀表設(shè)計和調(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。實際上就是0點電壓。其表示符號為v(0),該值出廠時標(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上傳感器電壓值,而不必對傳感器進行分度。其計算公式為:
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,傳感器輸出電壓v(50)=700—2×50=600(mv)。這一點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溫度傳感器測溫范圍規(guī)定:
就總而言,測溫范圍可-200~+200℃之間,但考慮實際需要,一般無須如此寬溫度范圍,規(guī)定三個不同區(qū)段,以適應(yīng)不同封裝設(shè)計,同時延長線選用上亦有所不同。而溫度補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量元件物理基礎(chǔ),其作用與熱敏電阻b值相似,這個參數(shù)整個工作溫度范圍內(nèi)是同一值,即-2mv/℃,各種型號傳感器也是同一值,這一點傳統(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:i級互換偏差不大于0.3℃;j級不大于0.5℃;k級不大于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?。瑑x表設(shè)計就越簡單,儀表輸入級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)計時,易于宏觀上把握傳感器輸出情況,橋路設(shè)計溫度補償,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不同,其阻值同,針對不同型號,需進行不同設(shè)計計算。線性溫度傳感器規(guī)范化輸出,可以使儀表電路實現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計。
實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項傳感器信號處理電路)。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,可以給一個實測數(shù)量級概念:
100μa時 s=-2mv/℃
40μa 時 s=-2.1mv/℃
1000μa時s=-1.9mv/℃
而實際橋路恒壓供電時,其電流變化不會有如此大幅度。
恒壓供電時,傳感器負載電阻值確定準(zhǔn)則:
恒壓供電時,負載電阻接電源與傳感器正極之間,信號從傳感器正極與負極之間輸出,設(shè)計電阻值r時,以0c時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)。計算出電阻值r,實際電阻沒有這種阻值,可就近阻值選用,對測溫精度沒有影響。
線性溫度補償元件做為電路溫度補償?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。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),以實現(xiàn)精確溫度補償作用(參見圖3)。這種溫度系數(shù)可調(diào)補償元件,無須繁雜設(shè)計,對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償一大優(yōu)點。
民品級與工業(yè)級使用中的差異:
主互換精度不同,單臺儀表進行大批量群測應(yīng)用場合,且測試精度要求較高工業(yè)環(huán)境,建議使用工業(yè)級;而一臺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。
傳感器信號處理電路:
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時為0v,然后按-2mv/c輸出到放大器或下一級電路。做為控溫電路設(shè)計,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選取依控溫點電壓而定,可用公式計算v(t)=v(0)+s×t到,其中 v(0)是傳感器基準(zhǔn)電壓值(出廠時給定),s為傳感器電壓溫度系數(shù)(出廠時給定),t 為控溫點溫度值。建議r2采用多圈電位器,對控溫點進行更準(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,不須對原電路做重大改動,不用對傳感器做線性化處理,基準(zhǔn)電壓值和電壓溫度系數(shù)這兩個參數(shù)就可以設(shè)計電路,這兩個參數(shù)出廠時廠家給予標(biāo)定,對同一用戶,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。
長線傳輸對傳感器信號是否有影響分析:
應(yīng)當(dāng)說影響不大,一般情況下傳輸距離可達1000米以上。距離再遠,可以考慮將傳感器輸出信號當(dāng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,這樣可以方便實現(xiàn)更遠距離傳輸。