溫度的測量

溫度的測量

從事電子測量儀器的研發(fā)離不開溫度的測量。物體的溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體內部分子熱運動的劇烈程度。工程上經(jīng)常需要測量介質的溫度，生活中需要測量大氣溫度，生病時需要測量身體的溫度。溫度的測量可分為接觸測量和非接觸測量。接觸測量是測溫元件直接與被測對象接觸，兩者之間進行充分的熱交換，最后達到熱平衡，這時感溫元件的溫度就與被測對象的溫度相等。這種方法優(yōu)點是方法簡單、直觀可靠，缺點是感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良等都會帶來測量誤差，熱傳導導致溫度響應滯后，另外溫度太高和腐蝕性介質會影響感溫元件的壽命。非接觸測量是感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過檢測被測對象的輻射特性來測量溫度，具有較高的測溫上限、熱慣性小、測量速度快等優(yōu)點。但是由于受物體的發(fā)射率、被測對象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他的介質的影響，其誤差一般較大。這次主要總結介紹溫度接觸測量的方法及元器件。

常用的溫度測量元件有：熱電偶、熱電阻和集成測溫器件。

熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，通過測量其所產生的熱電勢測量溫度。它由兩種不同成份的導體兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做測量端，另一端叫做補償端。其后端測量電路也就是對電動勢的測量。

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。常用的有鉑電阻PT100、PT1000等。其后端測量電路是對電阻的測量，一般要組成測量橋路，因為要在熱電阻中流過電流，會有自熱現(xiàn)象，在高精度測溫時一定要重視。

熱電偶和熱電阻一般成本較高，還要匹配復雜的測量電路。各大元器件公司設計了一些集成溫度測量元件，直接數(shù)字輸出，方便使用，簡化了測量電路。如DS18B20是一種應用較為廣泛的溫度測量器件，其測量范圍-55?C~+125?C，-10°C ~ +85°C范圍測量精度達?0.5?C，一線接口，并且一線可以掛接多個DS18B20組成分布式溫度測量。常用測量電路如圖1所示。

圖1

目前已有精度達±0.1 °C高精度集成溫度傳感芯片，如TI的TMP117，ANALOG的ADT7442、MAX30205、MAX30207、MAX30208都能達到±0.1 °C的高精度。而A級的PT100的精度只有（0.15+0.002*|t|）°C。這樣在測量精度、成本、實現(xiàn)的簡單性方面集成溫度傳感芯片都有優(yōu)勢。如TMP117就是為代替高精度的鉑熱電阻而設計，不但精度高，而且因為省去了鉑熱電阻測量所需要的精密參考源、匹配布線、復雜的溫度換算和標定而簡化了測量系統(tǒng)的設計。TMP117支持SMBus和I2C接口，測量范圍-55?C ~+150?C，在 –20 °C~ 50 °C 范圍內測量精度±0.1 °C，在 –40 °C ~ 70 °C范圍內測量精度±0.15 °C ，在–40 °C ~100 °C范圍內測量精度±0.2 °C ，在–40 °C t~125 °C范圍內測量精度±0.25 °C，在–55 °C ~125 °C 范圍內測量精度 ±0.3 °C。其原理框圖如圖2所示。

圖2

ANALOG的ADT7442的測量精度在25°C ~50°C范圍內是±0.1 °C，在-20 °C ~105 °C范圍內是±0.25 °C。也是I2C輸出接口。其原理框圖如圖3所示。

圖3

以上只是簡要介紹了TI和ANALOG公司的高精度溫度測量芯片，其他公司應該也有高精度的溫度測量芯片，以后分析對比后再作介紹。