温度的测量

温度的测量

从事电子测量仪器的研发离不开温度的测量。物体的温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体内部分子热运动的剧烈程度。工程上经常需要测量介质的温度，生活中需要测量大气温度，生病时需要测量身体的温度。温度的测量可分为接触测量和非接触测量。接触测量是测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的温度就与被测对象的温度相等。这种方法优点是方法简单、直观可靠，缺点是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，热传导导致温度响应滞后，另外温度太高和腐蚀性介质会影响感温元件的寿命。非接触测量是感温元件不与被测对象相接触，而是通过检测被测对象的辐射特性来测量温度，具有较高的测温上限、热惯性小、测量速度快等优点。但是由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他的介质的影响，其误差一般较大。这次主要总结介绍温度接触测量的方法及元器件。

常用的温度测量元件有：热电偶、热电阻和集成测温器件。

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，通过测量其所产生的热电势测量温度。它由两种不同成份的导体两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做测量端，另一端叫做补偿端。其后端测量电路也就是对电动势的测量。

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。常用的有铂电阻PT100、PT1000等。其后端测量电路是对电阻的测量，一般要组成测量桥路，因为要在热电阻中流过电流，会有自热现象，在高精度测温时一定要重视。

热电偶和热电阻一般成本较高，还要匹配复杂的测量电路。各大元器件公司设计了一些集成温度测量元件，直接数字输出，方便使用，简化了测量电路。如DS18B20是一种应用较为广泛的温度测量器件，其测量范围-55C~+125C，-10°C ~ +85°C范围测量精度达0.5C，一线接口，并且一线可以挂接多个DS18B20组成分布式温度测量。常用测量电路如图1所示。

图1

目前已有精度达±0.1 °C高精度集成温度传感芯片，如TI的TMP117，ANALOG的ADT7442、MAX30205、MAX30207、MAX30208都能达到±0.1 °C的高精度。而A级的PT100的精度只有（0.15+0.002*|t|）°C。这样在测量精度、成本、实现的简单性方面集成温度传感芯片都有优势。如TMP117就是为代替高精度的铂热电阻而设计，不但精度高，而且因为省去了铂热电阻测量所需要的精密参考源、匹配布线、复杂的温度换算和标定而简化了测量系统的设计。TMP117支持SMBus和I2C接口，测量范围-55C ~+150C，在 –20 °C~ 50 °C 范围内测量精度±0.1 °C，在 –40 °C ~ 70 °C范围内测量精度±0.15 °C ，在–40 °C ~100 °C范围内测量精度±0.2 °C ，在–40 °C t~125 °C范围内测量精度±0.25 °C，在–55 °C ~125 °C 范围内测量精度 ±0.3 °C。其原理框图如图2所示。

图2

ANALOG的ADT7442的测量精度在25°C ~50°C范围内是±0.1 °C，在-20 °C ~105 °C范围内是±0.25 °C。也是I2C输出接口。其原理框图如图3所示。

图3

以上只是简要介绍了TI和ANALOG公司的高精度温度测量芯片，其他公司应该也有高精度的温度测量芯片，以后分析对比后再作介绍。