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線性NTC溫度傳感器
線 性NTC溫 度 傳 感 器/溫度補(bǔ)償元件
使 用 指 南
1．什么是線性NTC溫度傳感器？
線性溫度傳感器就是線性化輸出的負(fù)溫度系數(shù)（簡(jiǎn)稱NTC）熱敏元件，它實(shí)際上是一種線性溫度-電壓轉(zhuǎn)換元件，就是說(shuō)在通以工作電流（100uA）的條件下，元件的電壓值隨溫度呈線性變化，從而實(shí)現(xiàn)了非電量到電量的線性轉(zhuǎn)換。
2．線性NTC溫度傳感器的主要特點(diǎn)是什么？
這種溫度傳感器其主要特點(diǎn)就是在工作溫度范圍內(nèi)溫度-電壓關(guān)系為一直線，這對(duì)于二次開(kāi)發(fā)測(cè)溫、控溫電路的設(shè)計(jì)，將無(wú)須線性化處理，就可以完成測(cè)溫或控溫電路的設(shè)計(jì)，從而簡(jiǎn)化儀表的設(shè)計(jì)和調(diào)試。
3．線性NTC溫度傳感器的測(cè)溫范圍是如何規(guī)定的？
就總的而言，測(cè)溫范圍可在-200～+200℃之間，但考慮實(shí)際的需要，一般無(wú)須如此寬的溫度范圍，因而規(guī)定三個(gè)不同的區(qū)段（-200-+50℃；-50-+150℃；-50-+200℃），為適應(yīng)不同封裝設(shè)計(jì)，在延長(zhǎng)線的選用上亦有所不同。而對(duì)于溫度補(bǔ)償專用的線性熱敏元件，則只設(shè)定工作溫度范圍為-40℃～+80℃。完全可以滿足一般電路的溫度補(bǔ)償之用。
4．延長(zhǎng)線的選用應(yīng)遵循什么原則？
一般的在-50～+100℃宜選用普通雙膠線；在-200～+20℃、100～200℃范圍內(nèi)應(yīng)選用高溫線。
5．基準(zhǔn)電壓的含義是什么？
基準(zhǔn)電壓是指?jìng)鞲衅髦糜?℃的溫場(chǎng)（冰水混合物），在通以工作電流（100μA）的條件下，傳感器上的電壓值。實(shí)際上就是0點(diǎn)電壓。其表示符號(hào)為V（0），該值出廠時(shí)標(biāo)定，由于傳感器的溫度系數(shù)S相同，則只要知道基準(zhǔn)電壓值V（0），即可求知任何溫度點(diǎn)上的傳感器電壓值，而不必對(duì)傳感器進(jìn)行分度。其計(jì)算公式為：
V（T）=V（0）+S×T     （其特性曲線如下圖）
示例：如基準(zhǔn)電壓V（0）=700mV；溫度系數(shù)S=-2mV/℃，則在50℃時(shí)，傳感器的輸出電壓V（50）=700—2×50=600（mV）。這一點(diǎn)正是線性溫度傳感器優(yōu)于其它溫度傳感器的可貴之處。

6．溫度系數(shù)S的含義是什么？
溫度系數(shù)S是指在規(guī)定的工作條件下，傳感器的輸出電壓值的變化與溫度變化的比值，即溫度每變化1℃?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲭妷鹤兓担?S=△V/△T（mV/℃）。
溫度系數(shù)是線性溫度傳感器做為溫度測(cè)量元件的物理基礎(chǔ)，其作用與熱敏電阻的B值相似，這個(gè)參數(shù)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)是同一值，即-2mV/℃，而且各種型號(hào)的傳感器也是同一值，這一點(diǎn)傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器是無(wú)可比擬的。

7．互換精度這一參數(shù)有什么意義？
互換精度是指在同一工作條件下（同一工作電流、同一溫場(chǎng)）對(duì)于同一個(gè)確定的理想擬合直線，每一只傳感器的電壓V（T）—溫度T曲線與該直線的最大偏差，這個(gè)偏差通常按傳感器的溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)S折合成溫度來(lái)表示。由于傳感器的輸出線性化及溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)相同，即在測(cè)溫范圍內(nèi)全程互換，所以互換精度表示了基準(zhǔn)電壓值的離散程度，即用基準(zhǔn)電壓值的離散值折合成溫度值的大小來(lái)描述整批傳感器之間的互換程度。一般分為三級(jí)：I級(jí)的互換偏差不大于0.3℃;J級(jí)不大于0.5℃;K級(jí)不大于1.0℃。

8．線性度的意義是什么？
線性度是描述傳感器的輸出電壓值隨溫度變化的線性程度，實(shí)際上也就是傳感器輸出電壓在工作溫度范圍內(nèi)相對(duì)于理想擬合直線的最大偏差。一般情況下，其線性度的典型值為±0.5%，很顯然傳感器的線性度越高（其值越?。?，對(duì)于儀表的設(shè)計(jì)就越簡(jiǎn)單，在儀表的輸入級(jí)完全不必采用線性化處理。

9．為什么說(shuō)線性溫度傳感器是規(guī)范化輸出？
所謂規(guī)范化輸出，就是在0℃溫度點(diǎn)上傳感器在規(guī)定的工作條件下，輸出的電壓值僅限于某一小范圍內(nèi)，即使不互換，其基準(zhǔn)電壓值僅限定在690-7１0mV之間，這樣在電路設(shè)計(jì)時(shí)，易于在宏觀上把握傳感器的輸出情況，不論在橋路設(shè)計(jì)還是溫度補(bǔ)償，只要在690-7１0mV之間考慮，在調(diào)試中稍加調(diào)整即可。而不象普通的熱敏電阻由于型號(hào)不同，其阻值也不同，針對(duì)不同的型號(hào)，需進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)計(jì)算。所以線性溫度傳感器的規(guī)范化輸出，可以使儀表電路實(shí)現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計(jì)。

10．用戶如何檢驗(yàn)線性溫度傳感器？
用戶在購(gòu)買(mǎi)傳感器后，可在恒流的條件下，依溫區(qū)的大小，采用兩點(diǎn)或三點(diǎn)測(cè)試，以檢驗(yàn)互換精度、線性度和溫度系數(shù)。一般情況下，最簡(jiǎn)單的檢驗(yàn)方法只要檢驗(yàn)基準(zhǔn)電壓值即可。而所有電氣參數(shù)，在交貨時(shí)均有隨貨參數(shù)表（合格證），以提供該批傳感器的詳細(xì)參數(shù)指標(biāo)。
對(duì)測(cè)試條件有如下要求：
恒流源：100μA±0.5%；
恒溫溫場(chǎng)：波動(dòng)度：≤±0.05℃；
測(cè)試儀表：41/2或51/2數(shù)字電壓表。

11．實(shí)際使用溫度傳感器是否一定要采用恒流源供電？
一般情況下是不必要的，橋路恒壓供電完全可以（參見(jiàn)16項(xiàng)傳感器信號(hào)處理電路）。這是因?yàn)樵?00μA左右的電流條件下，傳感器的溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)變化量很小，可以給一個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)量級(jí)的概念：
在100μA時(shí) S=-2mV/℃
在40μA 時(shí) S=-2.1mV/℃
在1000μA時(shí)S=-1.9mV/℃
而在實(shí)際的橋路恒壓供電時(shí),其電流變化不會(huì)有如此大的幅度。
恒壓供電時(shí)，傳感器負(fù)載電阻值如何確定？
恒壓供電時(shí)，負(fù)載電阻接在電源與傳感器正極之間，信號(hào)從傳感器正極與負(fù)極之間輸出，設(shè)計(jì)電阻值R時(shí)，以在0C時(shí)使傳感器工作電流為100μA即可。如傳感器的基準(zhǔn)電壓為V（0）（mV），恒壓源為VDD（mV），則R=（VDD-V（0））(mV)/0.1(mA)。對(duì)于計(jì)算出的電阻值R，如果實(shí)際的電阻沒(méi)有這種阻值，可就近阻值選用，對(duì)測(cè)溫精度沒(méi)有影響。

12．線性溫度補(bǔ)償元件做為電路溫度補(bǔ)償有什么優(yōu)越性？
這主要考慮熱敏元件的輸出規(guī)范化及溫度系數(shù)的一致性，便于設(shè)計(jì)。另外，由于溫度系數(shù)與晶體管電路中的晶體管基、射極電壓的溫度系數(shù)相同，做為穩(wěn)定晶體管電路的工作點(diǎn)的基極偏流元件是非常合適的。而將幾只元件串聯(lián)使用，可以通過(guò)并聯(lián)電位器方式，通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)出不同的溫度系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)精確的溫度補(bǔ)償作用（參見(jiàn)圖3）。這種溫度系數(shù)可調(diào)的補(bǔ)償元件，無(wú)須繁雜設(shè)計(jì)，對(duì)元件的工作電流也無(wú)嚴(yán)格要求，這也是這種線性熱敏元件用于溫度補(bǔ)償?shù)囊淮髢?yōu)點(diǎn)。

13．穩(wěn)定性的含義是什么？
穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅鞯幕鶞?zhǔn)電壓值年漂移量，這個(gè)漂移量再按溫度—電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)折合成溫度值，即穩(wěn)定性=±△V/S/年。線性溫度傳感器的穩(wěn)定性為±0.05℃/年。這一參數(shù)描述了傳感器在各種使用條件下保持原有特性的能力。

14．長(zhǎng)線傳輸對(duì)傳感器信號(hào)是否有影響？
應(yīng)當(dāng)說(shuō)影響不大，一般情況下傳輸距離可達(dá)1000米以上。如果距離再遠(yuǎn)，可以考慮將傳感器輸出的信號(hào)在當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換成數(shù)字量，這樣可以方便地實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳輸。
15.民品級(jí)與工業(yè)級(jí)使用中的差異是什么？
主要是互換精度不同，對(duì)于單臺(tái)儀表進(jìn)行大批量群測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合，且測(cè)試精度要求較高的工業(yè)環(huán)境，建議使用工業(yè)級(jí)；而一臺(tái)表僅用一支傳感器批量大可靠性要求很高的民用產(chǎn)品，建議使用民品級(jí)。
16.傳感器信號(hào)處理電路
 
注：該橋路是通過(guò)R2將傳感器的基準(zhǔn)電壓值V（0）予以抵消，即調(diào)整R2上的電壓等于傳感器的基準(zhǔn)電壓值，這樣使橋路輸出在0C時(shí)為0V，然后按-2mV/C輸出到放大器或下一級(jí)電路。如果做為控溫電路設(shè)計(jì)，則R2上的電壓輸出到比較器的同相端，傳感器的輸出接入比較器的反相端，R2的選取依控溫點(diǎn)的電壓而定，可用公式計(jì)算V（T）=V（0）+S×T得到，其中 V（0）是傳感器的基準(zhǔn)電壓值（出廠時(shí)給定），S為傳感器的電壓溫度系數(shù)（出廠時(shí)給定），T 為控溫點(diǎn)溫度值。建議R2采用多圈電位器，以便對(duì)控溫點(diǎn)進(jìn)行更準(zhǔn)確的設(shè)定。
17．線性NTC溫度傳感器可以作為線性PTC溫度傳感器應(yīng)用
  在許多測(cè)控溫度場(chǎng)合，需要使用正溫度系數(shù)的溫度傳感器（即PTC溫度傳感器），使用線性NTC溫度傳感器可以很方便的用作線性PTC溫度傳感器，參見(jiàn)圖3和圖4。
 
18.線性NTC溫度傳感器是否可取代熱敏電阻、熱電偶、及其它熱電阻？
  在-200～+200C的溫度范圍內(nèi)完全可以取代，不須對(duì)原電路做重大改動(dòng)，而且不用對(duì)傳感器做線性化處理，只要基準(zhǔn)電壓值和電壓溫度系數(shù)這兩個(gè)參數(shù)就可以設(shè)計(jì)電路，這兩個(gè)參數(shù)在出廠時(shí)廠家給予標(biāo)定，而且對(duì)同一用戶，不同批次的產(chǎn)品該參數(shù)不變。
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