几种常见的温度传感器的基本原理解析
温度传感器在个人电子产品、工业或医疗应用的设计中扮演着关键角色。工程师必须应对同样的挑战,即如何提升性能、增加功能并缩小尺寸。除了这些考虑因素外,他们还必须仔细监测温度以确保安全并保护系统和消费者免受伤害。
众多行业的另一个共同趋势是需要处理来自更多(传感器)的更多数据,进一步说明了温度(测量)的重要性:不仅要测量系统或环境条件,还要补偿其他温度敏感元件,从而确保传感器和系统的精度。
温度设计挑战分为三类温度监测:(温度传感器)提供有价值的数据来持续跟踪温度条件,并为控制系统提供反馈。此监测可以是系统温度监测或环境温度监测。在一些应用中,我们可以看到设计挑战的特点是需要在控制回路中同时实现这两种监测。这些监测包括系统温度监测、环境温度监测以及身体或流体温度监测。
温度保护:在多种应用中,一旦系统超过或低于功能温度阈值,便需要采取措施。温度传感器在检测到事先定义的条件时提供输出警报以防止系统损坏。在不影响系统可靠性的情况下提升处理器吞吐量是可行的。系统经常过早启动安全热关断,结果造成高达 5°C甚至 10°C 的性能损失。当系统超过或低于功能温度阈值时,工程师可以自主启动实时保护措施。
温度补偿:温度传感器可以在正常工作期间随温度变化最大限度提高系统性能。监测和校正其他关键组件在发热和冷却时的温漂可降低系统故障的风险。
在设计温度传感器时,需要考虑多个因素,包括精度、尺寸、传感器放置等。不同的温度传感器技术,如 IC 传感器、热敏电阻、RTD 和热电偶,每种技术都有其特点和应用场景。
IC 传感器可以在宽泛的温度范围内提供高线性度和精度(高达±0.1°C)。这些传感器可以集成系统功能,例如(模数转换器)(ADC)或(比较器),最终可以降低系统复杂性并减小整体占用空间。
热敏电阻是无源组件,其电阻很大程度上取决于温度。热敏电阻分为两类:正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)。虽然热敏电阻针对板载和非板载温度传感方式提供了多种封装选择,但与 IC 传感器相比,其实现方案通常需要更多的系统组件。
RTD 是由铂、镍或铜等纯净材质制成的温度传感器,具有高度可预测的电阻/温度关系。复杂的四线 RTD 电路铂 RTD 可在高达 600°C 的宽泛温度范围内提供高精度和高线性度。
热电偶由两个不同的电导体组成,这两个电导体在不同的温度下形成电结。由于热电塞贝克效应,热电偶产生与温度相关的电压。该电压转换为热端和冷端之间的温差。
在选择温度传感器技术时,需要考虑多个因素,包括系统要求、设计挑战、成本和应用场景等。同时,需要对温度传感器的精度、尺寸、传感器放置等进行详细的分析和评估,以确保系统的可靠性和性能。
温度传感器在个人电子产品、工业或医疗应用的设计中扮演着关键角色。为了确保系统的可靠性和性能,需要对温度传感器的基本原理和技术进行深入了解,并对不同温度传感器技术的特点和应用场景进行详细的评估和分析。