热敏电阻和模拟温度传感器感测解决方案

电子设计 2018-05-17 08:46 次阅读

选择合适的温度传感器不但可以节省成本,还可以尽可能地提高系统性能。在这篇博文中,我将主要来谈一谈热敏电阻和模拟温度传感器,这两个都是成本有效的温度感测解决方案。而问题在于,你怎么才能知道选择哪一个呢?

从技术上讲,热敏电阻是一种电阻器,它的电阻值随温度的变化而变化。如图1中所示,需要一个偏置电路和少数几个外部组件,在这里,偏置电阻器和热敏电阻组成了一个分压器,并且被接到一个可选运算放大器上,这个运算放大器与微控制器 (MCU) 的模数转换器 (ADC) 相连,从而将热敏电阻的电阻值转换为一个温度值。

图1:热敏电阻解决方案

热敏电阻的优势在于其低成本。此外,作为一个电阻器,它可以采用极小型两端子封装,并被放置在接线式探针内。

热敏电阻的缺点是,只有在很窄的温度范围内,它的输出才是线性和准确的,而在这个范围之外会变得非线性。图2绘制了三条热敏电阻的输出曲线,偏置电阻分别为1MΩ、35kΩ和10kΩ。在窄温度范围内,每条曲线都是线性的,不过在偏置电阻分别为1MΩ、35kΩ和10kΩ,而温度分别为10ºC、75ºC和50ºC以下时,这三条曲线为非线性。虽然针对特定温度,可以使用专门校准的热敏电阻来实现目标精度,但是这种热敏电阻成本较高,并且这三款不同的器件也使得库存管理变得过于复杂。其它缺点还包括无法预计的故障、抗扰度低和功耗较高。

图2:热敏电阻输出电压与温度之间的关系图

出于某些原因,在不可预测性和功耗不是那么关键的地方,热敏电阻最适合于窄温度范围内的温度测量。

模拟温度传感器是一个有源半导体器件,它的输出是与温度成比例的电压值或电流值。作为一个集成电路 (IC),模拟温度传感器具有热敏电阻所不具备的内置智能性,从而使与模拟温度传感器有关的设计工作变得简单。图3显示了其中一款TI LMT系列模拟温度传感器的典型应用,在这个应用中,只有IC,而未使用外部组件。

图3:模拟温度传感器解决方案(LMT系列)

与热敏电阻不同,TI模拟温度传感器在宽温度范围内的测量值是很准确的,并且在整个工作范围内具有线性输出。你无需担心不同器件的库存情况。此外,TI的独特设计也使得这些器件具有极低电流和低噪声敏感度。图4中给出的是TI LMT84低成本模拟温度传感器的输出,它的输出在-50ºC至150ºC的范围内保持线性。

图4:LMT84输出电压与温度之间的关系图

图5显示的是同一器件的流耗曲线与一款典型热敏电阻的流耗曲线的比较。LMT84消耗的电流为5µA(-50ºC至150ºC的温度范围内),而热敏电阻的流耗在101µA至315µA之间。

图5:功率耗散—热敏电阻与模拟温度传感之间的比较

图6显示的是,被安装在开关稳压器上的一个模拟温度传感器与一个热敏电阻在嘈杂环境中的工作噪声的比较图。在室温下,热敏电阻与传感器的噪声水平相等,不过在温度比较高的环境中,由于热敏电阻的分辨率下降,它的噪声水平会变得更差。通常情况下,模拟温度传感器的工作噪声比热敏电阻的噪声水平低3倍。

图6:热敏电阻与模拟温度传感器在连接到开关稳压器时的噪声实验

对于很窄的温度范围(通常情况下为0ºC到70ºC之间),由于它所具有的范围窄、线性高的范围和成本有效性,热敏电阻能够很好运行。虽然针对特定温度,有专门校准的热敏电阻可以用来实现目标精度,不过它们的成本过高,并且保持这些不同器件的库存也是一件很困难的事情。模拟温度传感器消除了这些难题,并在成本方面很有竞争力。请在下方给我留言,与我分享你在使用这些器件时的经历,以及你是如何解决系统温度感测难题的。如需了解与TI温度传感器产品组合和其它应用相关的信息,请访问其它资源内列出的链接。

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