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如何为温度传感器选择正确的热敏电阻

本文作者：德州仪器点击： 2020-05-06 16:58

前言：

当面对数以千计的热敏电阻类型时，选型可能会造成相当大的困难。在这篇技术文章中，我将为您介绍选择热敏电阻时需牢记的一些重要参数，尤其是当要在两种常用的用于温度传感的热敏电阻类型（负温度系数NTC热敏电阻或硅基线性热敏电阻）之间做出决定时。NTC热敏电阻由于价格低廉而广泛使用，但在极端温度下提供精度较低。硅基线性热敏电阻可在更宽温度范围内提供更佳性能和更高精度，但通常其价格较高。下文中我们将会介绍，正在市场投放中的其他线性热敏电阻，可以提供更具成本效益的高性能选件，帮助解决广泛的温度传感需求的同时不会增加解决方案的总体成本。

适用于您应用的热敏电阻将取决于许多参数，例如：
• 物料清单（BOM）成本。
• 电阻容差。
• 校准点。
• 灵敏度（每摄氏度电阻的变化）。
• 自热和传感器漂移。

物料清单成本
热敏电阻本身的价格并不昂贵。由于它们是离散的，因此可以通过使用额外的电路来改变其电压降。例如，如果您使用的是非线性的NTC热敏电阻，且希望在设备上出现线性电压降，则可选择添加额外的电阻器帮助实现此特性。但是，另一种可降低BOM和解决方案总成本的替代方案是使用自身提供所需压降的线性热敏电阻。好消息是，借助我们的新型线性热敏电阻系列，这两。这意味着工程师可以简化设计、降低系统成本并将印刷电路板（PCB）的布局尺寸至少减少33%。

电阻容差
热敏电阻按其在25°C时的电阻容差进行分类，但这并不能完全说明它们如何随温度变化。您可以使用设计工具或数据表中的器件电阻与温度（R-T）表中提供的最小、典型和最大电阻值来计算相关的特定温度范围内的容差。

为了说明容差如何随热敏电阻技术的变化而变化，让我们比较一下NTC和我们的基于TMP61硅基热敏电阻，它们的额定电阻容差均为±1%。图1说明了当温度偏离25°C时，两个器件的电阻容差都会增加，但在极端温度下两者之间会有很大差异。计算此差异非常重要，这样您就可选择相关温度范围内保持较低容差的器件。

图1：电阻容差：NTC与TMP61

校准点
并不知晓热敏电阻在其电阻容差范围内的位置会降低系统性能，因为您需要更大的误差范围。校准将告知您期望的电阻值，这可帮助您大幅减少误差范围。但是，这是制造过程中的一个附加步骤，因此应尽量将校准保持在更低水平。

校准点的数量取决于所使用的热敏电阻类型以及应用的温度范围。对于较窄的温度范围，一个校准点适用于大多数热敏电阻。对于需要宽温度范围的应用，您有两种选择：1）使用NTC校准三次（这是由于它们在极端温度下的灵敏度低且有较高电阻容差），或2）使用硅基线性热敏电阻校准一次，其比NTC更加稳定。

灵敏度
当试图从热敏电阻获得良好精度时，每摄氏度电阻（灵敏度）出现较大变化只是其中一个难题。但是，除非您通过校准或选择低电阻容差的热敏电阻在软件中获得正确的电阻值，否则较大的灵敏度也将无济于事。

由于NTC电阻值呈指数下降，因此在低温下具有极高的灵敏度，但是随着温度升高，灵敏度也会急剧下降。硅基线性热敏电阻的灵敏度不像NTC那样高，因此它可在整个温度范围内进行稳定测量。随着温度升高，硅基线性热敏电阻的灵敏度通常在约60°C时超过NTC的灵敏度。

自热和传感器漂移
热敏电阻以热量形式散发能耗，这会影响其测量精度。散发的热量取决于许多参数，包括材料成分和流经器件的电流。

传感器漂移是热敏电阻随时间漂移的量，通常通过电阻值百分比变化给出的加速寿命测试在数据表中指定。如果您的应用要求使用寿命较长，且灵敏度和精度始终如一，请选择具有较低自热且传感器漂移小的热敏电阻。

那么，您应该何时在NTC上使用像TMP61这样的硅线性热敏电阻呢？

查看表1，您可以发现：相同价格下，几乎在硅基线性热敏电阻的规定工作温度范围内的任何情况下，硅基线性热敏电阻都可以从其线性和稳定性中获益。硅基线性热敏电阻也有商用和汽车用两种版本，并采用表面贴装器件NTC通用标准0402和0603封装。

参数

NTC热敏电阻

硅基线性热敏电阻

物料清单成本

低至中：

· 热敏电阻的低成本

· 可能需要额外的线性化电路

低：

· 热敏电阻的低成本

· 无需额外的线性化电路

电阻容差

大：

· 25°C时容差与极端温度之间的巨大差异

小：

· 整个温度范围内，较小±1.5%最大容差

灵敏度

不一致：

· 低温下非常大

· 随着温度的升高急剧下降

一致：

· 在整个温度范围内保持稳定的灵敏度

· 高于通常超过60°C的NTC

校准点

多点：

· 广泛应用需要多个点

一个点：

· 广泛应用仅需一个点

自热和传感器漂移

高：

· 随温度增加功耗

· 传感器漂移大

最小：

随温度降低功耗

· 传感器漂移小

表1：NTC与TI硅基线性热敏电阻

有关TI热敏电阻的完整R-T表以及带有示例代码的简便温度转换方法，请下载我们的热敏电阻设计工具。

其他资源
• 阅读白皮书“热敏电阻的温度传感。”
• 查看TI的热敏电阻页面。
• 下载TMP61数据表。

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