電阻溫度檢測器RTD與?IC的應(yīng)用 | 溫度傳感器

核電廠廣泛采用電阻溫度探測器測量溫度。

RTD的測溫原理

純金屬或某些合金的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度降低而減小。因此 RTD 有點(diǎn)像是一個(gè)溫電轉(zhuǎn)換器，把溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。RTD使用的金屬是在給定溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的純金屬。電阻-溫度變化關(guān)系是線性的，溫度系數(shù)（溫度系數(shù)的定義是單位溫度引起的電阻變化）越大越好，而且要能夠抵抗熱疲勞，隨溫度變化響應(yīng)靈敏。只有少數(shù)幾種金屬能夠滿足這樣的要求。

RTD通常用鉑金、銅或鎳。這幾種金屬的電阻-溫度關(guān)系如圖所示，它們的溫度系數(shù)較大，隨溫度變化響應(yīng)快，能夠抵抗熱疲勞，而且易于加工制造成為精密的線圈。

RTD是目前確和的溫度傳感器。它的線性度優(yōu)于熱電偶和熱敏電阻。但 RTD 也是響應(yīng)速度較慢而且價(jià)格比較貴的溫度傳感器。因此 RTD 對精度有嚴(yán)格要求，而速度和價(jià)格不太關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。

下圖是一個(gè)典型的 RTD 的內(nèi)部構(gòu)造圖(a)和實(shí)物圖(b)。其中的陶瓷絕緣體用于隔離金屬外殼和內(nèi)部的線圈。因科鎳合金是一種由鎳、鐵、鉻按一定比例組成的合金。因科鎳合金的耐腐蝕性很好，因此一般用它來做 RTD 的包殼材料。RTD探頭和流體接觸后，探頭迅速和周圍介質(zhì)達(dá)到熱平衡，通過測量鉑線圈的電阻即得到溫度的值。

下圖顯示的是典型的RTD的保護(hù)套和探頭，保護(hù)套主要用于保護(hù)RTD免遭被測量介質(zhì)的破壞。保護(hù)套通常由不銹鋼、碳鋼、因科鎳或鑄鐵制成，使用溫度可以達(dá)到 1100℃。

RTD 的保護(hù)套和探頭

IC溫度傳感器

（1）模擬集成溫度傳感器

硅傳感器，也稱為集成傳感器，采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成。其中，模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的一種專用芯片，將溫度傳感器集成在一起，可完成測量溫度和模擬信號輸出功能。這種傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等。這使它們非常適合用于遠(yuǎn)距離測溫和控測，而無需進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。此外，由于它們采用單片集成設(shè)計(jì)，外圍電路也非常簡單，因此非常容易使用。

（2）數(shù)字輸出傳感器

數(shù)字溫度傳感器是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。

目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開發(fā)水平。