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[经验] 常见的温度传感器有哪些

2020-8-25 11:14:39  199 温度传感器 传感器
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DS18b20
把DS18B20放在第一位的主要原因是它太常用了,以至于我一想到温度传感器,首先在脑海里闪过的就是它。它几乎是很多电子工程师一入门就会接触的温度传感器。当然它这么流行是有一定原因的,下面就听我慢慢道来。
DS18B20是美国Dallas公司推出的一款温度传感器。对于Dallas公司大家应该不会感到陌生,这家公司推出了很多明星产品,包括DS18B20、DS12C887、DS1302以及我们的矩阵LED时钟里面用的DS3231高精度RTC时钟芯片等。大家在搜索这些芯片的datasheet时会发现,上面除了Dallas标志外还有Maxim标志,因为它在2001年被美信收购了,现在是美信的全资子公司。


DS18B20可以说是优点多多,体积小巧,测温范围广-55℃~+125℃,精度在-10℃~+85℃可以达到±0.5℃,分辨率可以设置到12-bit,以及接线简单无需外围电路等等。鱼和熊掌不可兼得,单总线接线简单,但是其工作起来的时序却很复杂,信号传输只在微妙之间,稍有不慎(例如延时函数的使用不够恰当)就可能导致整个传感器的工作时序混乱。因此,在写DS18B20的控制程序时一定要弄清工作时序并使用合适的延时函数。之前我在一些跑了RTOS的低功耗系统中使用它就给软件工作增加了难度,这也导致我后来与之渐行渐远,用其他方案替代了它。

DS18B20

热敏电阻热电偶
把热敏电阻和热电偶放在一起并不是说它们是一种东西,它们是不同的两种器件,放到一起是因为他们使用上有些类似,都需要加一些测温电路才能工作。热敏电阻顾名思义,是随着温度变化其阻值会发生相应变化的一类元器件。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。PTC温度越高阻值越高,NTC温度升高阻值降低。优点是价格便宜,我之前在一些需要控制成本恰巧又有ADC的项目中就会使用它。但是如果项目中没有空余的ADC或是根本没有ADC,需要再单独为它加一片ADC的时候,其实就不太划算了。
热电偶的测温原理是利用导体的热电效应,简单的说就是不同的两种导体或半导体两端焊接在一起,形成一个闭环,当两个点之间存在温差时,就会产生热电动势,环路中有热电流流动。热电势随温度的升高而增大。热电势与导体材料有关,与两点温度有关,当材料固定不变,热电势就与温度有固定的函数关系。利用这个函数关系,就可以测出温度了。选择不同的材料就有不同的测温范围。优点是测量范围广,常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量,某些特殊热电偶较低可测到-269℃(如金铁镍铬),较高可达+2800℃(如钨-铼)。


热敏电阻和热电偶有一个同样的缺点就是需要额外的测量电路,这就比我们上面提到的DS18B20和后面要提到的这些集成式传感器要麻烦一些,而且精度一般,如果要实现高精度就需要加一些校准以及补偿,会增加一些成本。
TMP112
上面我在说DS18B20的时候提到其时序复杂,后来替换了它,替换它的就是TMP112。这是德州仪器公司推出的一款数字温度传感器,接口为I2C。测温范围-55°C~+150℃,精度在0°C至+65°C范围内为0.5°C(最大值)。是热敏电阻很好的替代品。这款温度传感器还有一个特别吸引人的优点就是它的功耗,这也是我在项目里面使用它的一个很重要的原因,我那会所做的大多是低功耗项目,两节电池工作一两年的那种,所以它10uA的工作电流和1uA的关断电流就很有吸引力了,完全不需要再加外部开关控制,就可以实现低功耗。


但是随着时间的推移我又将它放弃而使用了新的温度传感器,放弃它的主要原因是它的封装。它只有一种封装,SOT563,尺寸为1.6mm*1.2mm,实在是太小了,焊接麻烦,于是我换掉了它,这回又是哪个片子呢?
LMT84和TMP235
LMT84和TMP235也是德州仪器推出的温度传感器,与上面的TMP112数字式温度传感器不同的是它俩都属于模拟式温度传感器。这两个中我最先使用的是LMT84,当时是用在了石油探测传感器上面,石油钻井探测传感器与普通传感器最大的不同就是环境温度,地下上千米,温度极高,最低指标也得要求耐温到150°C,这时仪器里面的温度传感器就尤为重要了,是其他传感器进行温度补偿的基础。我选择LMT84也是冒着一定风险的,在高温实验箱里面做了大量实验,最后确定其确实可以耐温到150°C稳定工作,短时间到175°C也没有出现问题。
TMP235就是后来的事情了,是我在无意中浏览ti官网时发现的,然后就立刻到得捷电子下单。选择它的原因是精度比LMT84要高一些(TMP235A2 ±0.5°C),而价格却相差无几。在最近的一些项目中我都使用的它。

当年做的测试

我热衷于TI的这类模拟式温度传感器的最主要原因是使用简单方便。它们比我上面提到的几种都要简单,只要系统中有ADC就可以直接来使用它们了,软件上无需复杂的校准程序,两三个公式全部搞定。硬件上也是只需要加一阻一容来滤个波就可以了。


AD590
AD590是美国analog DEVICES公司的单片集成两端感温电流源,其输出电流与绝对温度成比例。在4V至30V电源电压范围内,该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器,调节系数为1 µA/K(注意是开尔文)。

AD590

对于AD590一个很大的优点就是稳定,这是一个被广泛用于石油探测等环境恶劣领域的温度传感器,使用上较我上面提到的两款传感器是要麻烦一些的。它的温度测量范围很广,官方标称-55℃~+150℃,实际使用上我做过大量实验,它确实是可以稳定工作到175℃(同时搭配其他耐高温器件),这也是为什么这些高温场合选择它的原因。这里贴出我使用它的电路。


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