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(多图) 工业传感器实用指南

Jason Seitz?? 2013年06月27日 ?? 收藏8
传感器可测量各种参数,如压力、温度、有毒气体pH值等,它们应用广泛,使工业处理更安全、更高效,成本也更低。不过,各种类型的传感器都有一组自己独有的特性,从而带来了一系列复杂的设计挑战。

工业处理中最常见的测量项之一就是温度。温度测量可以采用各种类型的传感器,包括热电偶、电阻温度探测器,以及热敏电阻等。

要测量最大范围的温度时,系统设计者通常会选择热电偶。例如,TypeC热电偶的测量温度范围达0℃~2320℃。热电偶的工作原理是基于Seebeck效应,即:如果两个相异的金属被放在一起,则产生的电压与结上的温度成正比。热电偶是双极器件,它会根据检测结(或“热”结)温度与参考结(或“冷”结)温度的相对关系,产生一个正的或负的电压。首先,你需要为热电偶加一个偏压,这样在单电源系统中都不会受限于地电势。然后,测量冷结的温度,就获得了要测的温度。热电偶有一个缺点,与其它温度传感器相比,它的精度有限,通常不到±1℃。

如果系统在一个较小范围内(例如660℃)需要更高的精度,则设计者可以用RTD来实现这种测量,它的精度可达±1℃以下。RTD是阻性元件,电阻值取决于其周边的温度。它们有双线、三线和四线结构。增加线数就可以增加精度。RTD需要一种电流源形式的激励。电流源的值通常为100μA~1mA,用于PT100(0℃时100Ω)和PT1000RTD(0℃时1000Ω)。

当精度要求提高到±0.1℃时,温度范围就要折衷到更小的范围(小于100℃),此时可以用热敏电阻。与RTD类似,热敏电阻的电阻值也是随温度而变化。热敏电阻通常会接成一个电阻分压器结构,其中另一只电阻与热敏电阻有相同的标称值(25℃室温下的阻值)。热敏电阻的一端接至电源,另一端接另一只电阻,然后接地(图1)。探测温度时,测的是分压器中点的电压。可以预计,在25℃时的电阻为+V/2。如有偏差,则可以计算出热敏电阻的阻值,并用一个查找表确定出被测的环境温度。

总之,温度传感器都需要偏置(可以是电压或电流)。对于热电偶来说,需要做冷结补偿。德州仪器公司的LMP90100是一款24位传感器模拟前端(AFE),它有四个差分或七个单端输入、两个匹配的可编程电流源,以及连续后台校准功能(图2)。这款集成的可配置芯片可解决各种与温度传感器有关的设计挑战。


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