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为温度自动测试系统选择正确的传感器 潘洪刚，王宝珠，段晓杰 (河北工业大学信息工程学院，天津300130) 摘要：在利用传感器进行温度测量时，传感器的选择是一个非常重要的方面，本文介绍了利用数据采集 系统进行温度测量时各种传感器的基本原理，实现方法，各自的优缺点，以及在不同的环境下应该选择怎 样的传感器。 关键词：温度；数据采集；传感器 1引言 在国家标准GB7665—1987《传感器通用术语》中，对传感器下的定义是：能感受规 定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。使用数据采集系统进行 温度测量是很容易的事情，但要进行精确而可重复的温度测量却不那么容易了。人们很容 易把温度误认为是一个简单的被测量，我们通常都把温度作为单一的数值。但实际上经统 计得到的准确度和重复性要受热容量、测量时间、电气噪声和测量算法的影响。 了解各种温度测量方法的优缺点，可帮助你扬长避短而得到较好的测量结果。本文比 较了在数据采集系统中最常使用的五种温度传感器：电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻、I C敏感器件、热电偶和石英晶体温度传感器。正确地选择和使用温度传感器可减少测量误 差，提高测量精度。 2哪种温度传感器最好? 没有一种传感器在各种测量条件下都是最好的。因此要知道在什么情况下应该使用 哪一种传感器。表1给出了进行温度测量时应考虑的因素，包括性能、使用范围、价格和 使用的方便性。 表1五种常用温度传感器性能比较 R=ID 热敏电阻 IC敏感器件 热电偶 石英晶体 最稳定 输出幅度大 线性度最好 自提供功率 体积小 最准确 响应快 输出幅度最大 坚固 抗干扰性强 优 线性度优于热偶 可使用2线测量 廉价 廉价 稳定 有多种结构形式 准确度高 点 温度范围宽 良好的线性度 昂贵 非线性 限于250℃以下 非线性 成本高 响应慢 受限的测温范围 需要供电电源 输出电压低 灵敏度低 缺 需要电流源 机械强度差 响应慢 需要基准 功耗大 电阻变化小 需要电流源 有白热效应 稳定性最差 换算复杂 点 需使用4线测量有自热效应 配置受限 敏感性最差 有自热效应 一213— 下面我们将分别介绍各种温度传感器从而能更好地理解它们的差异。 2．1 电阻温度检测器(RTD) 热电阻是利用导体的电阻值随温度变化而改变的这一特性而制成的温度传感器，纯金 属是热电阻的主要制造材料。最高档的RTD是铂电阻，铂电阻的阻值与温度之间的关系接 C=--4．22x10-12℃_4。 铂电阻的价格极其昂贵。较廉价的RTD使用镍或镍合金，但它们没有铂电阻那么高的 稳定度和线性度。由于RTD存在自热效应，为测量RTD的电阻，必须对RTD施加电流，该电 流产生的热量会影响测量结果。RTD的低电阻将影响使用RTD测量电阻的方法。如此低 的R1∞电阻会使引线电阻造成很大的测量误差。所谓2线测量技术实际是在数据采集电 路端测量电阻。因此引线电阻成为未知被测电阻的一部分。与其相反，4线测量技术实际是 在RTD端测量电阻，因此可以消除引线电阻对测量的影响。但付出的代价是需要双倍的 接线和双倍的数据采集通道。(3线测量是一种折衷方案，它比4线测量简单，但测量精度也 低于4线测量) 热电阻广泛应用于