温度传感器应用研究

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1、温度传感器测温研究报告什么是温度传感器？顾名思义，温度传感器就是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。常用温度传感器有三种主要类型：热电偶、热敏电阻、RTD和IC温度传感器。IC温度传感器又包插模拟输出和数字输出两种类型，其中模拟型又包括电流输出型和电压输出型。热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从?C200°C到2000°C。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参

2、考端。RTD精度极高具冇中等线性度。它们特别稳定，并冇许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400°C左右。它们也有很大的TC,几价格昂贵（是热电偶的4〜10倍），并n需耍一个外部参考源。模拟输岀IC温度传感器具有很高的线性度（如呆配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出）、低成本、高精度（大约1%）、小尺寸和高分辨率。它们的不足Z处在于温度范围有限（？C55°C〜+150°C）,并且需要一个外部参考源。数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢（100ms数量级）。虽然

3、它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。与热敏电阻和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够捉供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。热敏电阻一般做开关电路用，这里我们不予讨论。热电偶是一种感温元件，是一种仪表换成热电动势信号,通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热业测温的基木原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度吋，冋路中就会

4、有电流通过，此吋两端Z间就存在电动势一—热电动势，这就是所谓的塞贝克效应（Seebeckeffect）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0°C时的条件下得到的，不同的热电偶具冇不同的分度表。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两人类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它冇与其配套的显示仪

5、表町供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。卜•面我们就以K型热电偶为例，简单的了解一下热电偶的应用。一K型热电偶简介：K型热电偶可以肓接测最各种生产中从0°C到1300°C范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。二集成电路温度补偿方案MAX6675是美国Maxin公司

6、生产的基于SPI总线的专用芯片⑼，不仅能对K型热电偶进行冷端补偿，还能对热电势信号作数字处理，具有很高的可靠性和稳定性，下图为MAX6675内部结构框图.MAX6675内部具有将热电偶信号转换为与ADC输入通道兼容电压的信号调节放大器，T+和T-输入端连接到低噪声放人器A1,以保证检测输入的高精度，同时使热屯偶连接导线为干扰源隔离。热电偶输出的热电势经低噪声放大器A1放大，再经过A2电压跟随器缓冲后，被送至ADC的输入端。在将温度电压值转换为相等价的温度值之前,它需要对热电偶的冷端温度进行补偿，

7、冷端温度即是MAX6675周I韦I温度与0°C实际参考值之间的差值。对于K型热电偶，电压变化率为41uV/°C,电压可由线性公式Vout=(41pV/°C)X来近似热电偶的特性。上式中，Vout为热电偶输出电压(mV),tR是测量点温度；匕恤是周围温度。VCCTPVIEW3NDT-12TMXXI^IMAX667567T+AsA0、卜A•VW4nN.C.SOcsSCK引脚功能图表3・1引脚功能表引脚名称功能1GND接地端2T-K型热电偶负极3T+K型热电偶正极4VCC正电源端5SCK串行时钟输入6

8、CS片选端，CS为低时、启动串行接口7SO串行数据输出8N.C.空引脚三硬件电路详细设计:1温度采集电路:K型热电偶的两端分別跟MAX6675芯片的T■跟T+相连，为了允许热电偶断路检测，匸引脚必须接地。MAX6675的测屋精度对电源耦介噪声较敏感。为降低电源噪声影响，在MAX6675的电源引脚附近接入1只0.1uF陶瓷旁路电容。温度由热电偶采集，然示将数据肓接送给冷端补偿芯片MAX6675芯片进行处理，处理后送给单片机控制电路，完成简单的温度采集过程。2显示电路:LED1DPY4-LEDq」•