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基于RTD传感器和IC温度传感器的温度测量方法

星星科技指导员 来源:Maxim 作者:Jim Harrison 2022-05-23 17:47 次阅读

1700 年代初,德国物理学家加布里埃尔·丹尼尔·华氏 (Gabriel Daniel Fahrenheit) 创造了华氏标度并开发了水银温度计。华氏没有使用他认为不可靠的水的冰点作为基础。他将冰/盐/水混合物的温度称为“零度”,因为这是他在实验室中可以方便且可重复地达到的最低温度。他估计人体温度为 96°,并以此为上参考。然后,他将刻度划分为 0 到 96 之间的单度。在这个刻度上,纯水的华氏刻度的冰点恰好发生在 32°,沸点(在海平面)在 212°。

在那个世纪后期,大约在 1742 年,瑞典天文学家安德斯·摄氏认为有一个更好的尺度。摄氏使用 100° 作为雪的熔点,并将 0° 设置为水的沸点。后来将其反转为冷端为 0°,热端为 100°,即摄氏温标。

从那时起,准确测量温度对于科学、医学和工业设备来说至关重要。至少有五种常见的温度传感器,但现在,今天,我发现其中两种非常引人注目。

RTD传感器接口

电阻温度检测器 (RTD) 是最精确的温度传感器之一。RTD 能够实现 ±0.02°C 的校准精度,但更典型地归档为 ±0.1°C。RTD 提供探头或 SMT 版本,坚固耐用,具有出色的长期稳定性、互换性和可重复性。RTD 不需要像热电偶那样的冷端补偿。它的响应速度比热电偶慢一些。RTD 对温度的响应几乎是线性的,尤其是从 0° 到 100°C,但并不完全如此。无需一些微处理器校正,您就可以在 -100°C 和 +200°C 的范围内获得 ±3.1° 的精度 (0.00385Ω/Ω/°C (ITS-90)),这是非常可重复的。然而,该设备的规定精度可能为 ±0.10 度,是指它与标准曲线的拟合。如果您必须进行绝对测量,而不是可重复测量,微控制器可以使用 Calendar-Van Dusen 方程来补偿非线性并获得 0.1 度的精度。请注意,不同铂成分的 RTD 常数可能略有不同,包括 α = 0.003926Ω/Ω/°C 和 a = 0.003750Ω/Ω/°C (IEC 60751:2008)。

RTD 的起始价格低于 1 美元,通常具有 -55° 至 155°C 的温度范围。此外,200° 至 600°C 也很常见。有许多版本可供选择,0°C 时的电阻范围为 100Ω 至 1KΩ,精度为 ±1% 至 ±0.1%。RTD 的模拟接口(有时称为“发射器”)过去非常昂贵,但现在不再如此了。

MAX31865是一款易于使用的单芯片接口,用于铂电阻温度检测器,带有数字输出。其输入可防止高达 ±45V 的过压故障,该芯片具有可编程检测 RTD 或电缆中的开路短路故障条件的功能。

该芯片的 15 位 A/D 在所有工作条件下的总精度最高为 ±0.5°C(满量程的 0.05%)。A/D 的积分非线性为±1 LSB。该 IC 采用 3.3V 电源供电,通常需要 2ma。它与 2 线、3 线和 4 线传感器连接兼容,采用 20 引脚 TQFN 和 SSOP 封装。MAX31865EVKIT评估套件可供您直接评估器件。

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图 2:MAX31865 RTD 数字转换器框图。

IC温度传感器

第一个温度传感器 IC 于 40 年前发布。今天,这些设备是所有工程师的中流砥柱。IC 温度传感器提供高模拟输出或数字输出,价格相当便宜,通常具有很好的线性度和非常小的封装。直到最近,温度传感器 IC 的精度还可以,而且通常响应速度很慢。它们需要稳定的电源。它们的温度范围有点有限。

情况肯定有所改善。例如,MAX31889数字温度传感器以最低功耗实现最高准确度,是冷链制药和其他温度传感应用的理想选择。该器件在 -20ºC 至 +105ºC 和 -40ºC 至 +125ºC 范围内的精度为 ±0.25ºC 和 ±0.65ºC。该 IC 的 16 位分辨率高达 0.005ºC,可重复性为 0.008°C RMS。它有一个标准的 I 2 C 串行输出。

制作像 MAX31889 这样的专用模拟 IC 可以提供一些不错的附加功能。该芯片包括高低阈值数字温度报警器,并且有一个 32 字的 FIFO 测量缓冲器。唯一的 ROM ID 使设备 NIST 可追溯。

转换时间为 16.5ms,典型值。该 IC 采用微型 2 x 2 x 0.8mm、6 引脚、μDFN 封装。它在测量期间仅需要 68µA 的典型工作电流(最大 110µA),而在待机状态下仅需要 0.55µA(最大 38.0µA)。

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图 3:MAX31889 温度传感器 IC 框图。

IC 传感器有什么不喜欢的?好吧,如果 -40º 至 +125ºC 的工作范围适用于您的应用,那么几乎没有任何实际意义。该芯片采用 1.7V 至 3.6V 电源供电,因此可以轻松使用电池供电。它现在可用且成本低廉。事实上,该设备以 RTD 成本的一小部分测量冷链药品温度。

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    070369000000-M 070369000000-M 角位移传感器 - RVDTRVIT

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  请注意:所有产品设计活动都应参照产品图纸。  产品类型特性 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型 : RVDT 结构特性 电气连接 : M12.5 针 电气特征 Input Current (Max) (mA): 25 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型 : 0 – 10 VDC 主体特性 角度感应范围 (°): 0 – 120 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量 (g): 99 外壳材料 : 铝 机械附件 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 安装 : Servo Groove ...
    发表于 08-21 01:00 40次 阅读

    20009882-00 20009882-00 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 5 针连接器 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 4 – 30 零加速输出 (mV): ±50 信号特征 频率响应 (Hz): 0-1500 主体特性 轴数 : 1 重量 : 16 g [ .56 oz ] 材料 : 不锈钢 ...
    发表于 08-21 01:00 50次 阅读

    2350437-1 2350437-1 角度位置传感器 - 空心轴旋转变压器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  请注意:所有产品设计活动都应参照产品图纸。  结构特性 Resolver Size : 21 Pole Pairs : 1 其他 Angular Error ('): 20
    发表于 08-21 01:00 81次 阅读

    315-120 315-120 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 即插即用加速度计传感器类型 : 电缆组件
    发表于 08-21 01:00 74次 阅读

    10207854-00 341A-240 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 即插即用加速度计传感器类型 : 电缆组件
    发表于 08-21 01:00 72次 阅读

    4000A-005-060 4000A-005-060 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 8 – 36 零加速输出 (mV): ±100 励磁电流 (mA): 5 信号特征 频率响应 (Hz): 0-300 主体特性 轴数 : 1 重量 : 7 g [ .245 oz ] ...
    发表于 08-21 01:00 106次 阅读

    4000A-050-030 4000A-050-030 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型 : 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±2 励磁电压 (VDC): 8 – 36 零加速输出 (mV): ±100 励磁电流 (mA): 5 信号特征 频率响应 (Hz): 0-800 主体特性 轴数 : 1 重量 : 7 g [ .245 oz ] ...
    发表于 08-21 01:00 98次 阅读

    603-0100-120 603-0100-120 速率和惯性传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 速率和惯性传感器类型 : Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压 (VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM : 20.8 x 20.8 x 14.5 使用环境 工作温度范围 : -40 – 105 °C [ -40 – 221 °F ] 包装特性 速率和惯性传感器包装 : Anodized Aluminium 其他 精确度 : ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC : 100...
    发表于 08-21 01:00 66次 阅读

    20010631-00 610-12K-276 速率和惯性传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 速率和惯性传感器类型 : Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压 (VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM : 14.6 x 10.2 x 7.6 使用环境 工作温度范围 : -40 – 105 °C [ -40 – 221 °F ] 包装特性 速率和惯性传感器包装 : Anodized Aluminium 其他 精确度 : ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC : 12000...
    发表于 08-21 01:00 54次 阅读

    62105012-000 62105012-000 位置传感器配套仪表

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  电气特征 线路电源电压要求 (VDC): ±12, ±15 信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型 (VDC): ±10 励磁电压 (Vrms): 3 信号特征 励磁频率 (kHz): 2.5 – 10 机械附件 信号调节 - LVDT/RVDT 安装 : Printed Circuit Board Edge or Terminal Block 使用环境 工作温度范围 : -1 – 55 °C [ 30 – 130 °F ] 其他 传感器类型 : 带 5 或 6 根导线的 LVDT 或 RVDT 传感器通道 : 1 ...
    发表于 08-21 01:00 68次 阅读

    67010001-000 67010001-000 线性位移传感器 - LVDT

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  使用环境 工作温度范围 : 5 – 60 °C [ 41 – 140 °F ]
    发表于 08-21 01:00 64次 阅读

    7104A-0050 7104A-0050 即插即用加速度传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 加速度计类型 : IEPE 即插即用加速度计传感器类型 : 交流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接 : 10-32 同轴连接器 电气特征 满量程输出电压 (VDC): ±5 励磁电压 (VDC): 18 – 30 励磁电流 (mA): 2 – 10 信号特征 频率响应 (Hz): 0.3-10000 主体特性 轴数 : 1 重量 : 8.6 g [ .303 oz ] 材料 : 不锈钢 ...
    发表于 08-21 01:00 53次 阅读

    72162000-020 72162000-020 倾角传感器和倾角仪

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  结构特性 接口 : 模拟 电气特征 电源电压 (VDC): 12 – 24 模拟接口 (mA): 4 – 20 端接特性 倾角传感器和测斜仪安装 : 垂直 尺寸 尺寸 (mm): 最多 70 倾角传感器和测斜仪精确度 (°): 最多 +/- .5 分辨率 (°): 最多 +/- .01 使用环境 测量原理 : 液体 工作温度范围 : -25 – 60 °C [ -13 – 140 °F ] 包装特性 倾...
    发表于 08-21 01:00 47次 阅读

    11106140-00 AST4300A05000P4P1000 压力传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 压力传感器类型 : 非易燃压力变送器 压力类型 : 测量仪 结构特性 压力端口/接头 : 1/4 MNPT 电气连接 : 10 英尺导管 电气特征 压力传感器电源电压 (V): 10 – 28 主体特性 端口材料 : 316L 使用环境 压力 : 344.73 bar [ 5000 psi ] 工作温度范围 : -40 – 80 °C [ -40 – 176 °F ] 操作/应用 耐压范围 : 2X,最小值 ...
    发表于 08-21 01:00 121次 阅读

    11108715-00 AST4600A02000P4W1000 压力传感器

    看产品文档,或 联系我们 以了解最新的机构审批信息。  产品类型特性 压力传感器类型 : 防爆型压力变送器 压力类型 : 测量仪 结构特性 压力端口/接头 : 1/4 MNPT 电气连接 : 导管 2 m 引线 电气特征 压力传感器电源电压 (V): 10 – 28 主体特性 端口材料 : 316L 使用环境 工作温度范围 (°C): -40 – 85 工作温度范围 (°F): -40 – 185, -40 – 185 操作/应用 耐压范围 : 2X,最小值 ...
    发表于 08-21 01:00 74次 阅读