温度测量的基础知识——热敏电阻

无论是在工业应用、过程工业还是在实验室环境中，准确测量温度都是成功的关键部分。医学应用、实验室材料研究、电气/电子元件研究、生物学研究、地质研究、电气产品器件表征和其他领域都需要温度测量。

有许多传感器可用于测量温度。一种常见的装置是热敏电阻。它通常比rtd或热电偶提供更高的灵敏度。一般来说，它的温度系数为负，这意味着电阻随着温度的升高而降低。

热敏电阻的线性度也不如rtd。这种非线性需要进行校正以使其线性化。Steinhart-Hart方程有助于近似线性的单个热敏电阻曲线。它描述了热敏电阻的电阻变化与温度的关系。方程可以写成:

1/T = A + B x (lnR) + C x (lnR)3其中:

• T是开尔文度;

• R为热敏电阻阻值;

• A、B和C是通过校准过程确定的曲线拟合常数;和

• Ln是自然对数函数(log ^ e)

虽然热敏电阻一般是非线性的，但线性热敏电阻的发展已经做了大量的工作。传统的线性化方法包括使用外部匹配电阻来线性化特性曲线。然而，线性化问题正变得不那么重要，因为现代数据采集系统具有内置的线性化校正功能，使得硬件线性化变得不必要。

测量方法

用热敏电阻测量温度有几种技术，最常见的是二线和四线技术。

双线技术迫使电流通过热敏电阻，测量产生的电压。好处是它是一种简单的方法，只使用两根线，使其易于连接和实现。它的主要缺点是引线电阻是测量的一部分，这可能会导致一些误差。

在四线制技术中，电流通过热敏电阻并测量电压。然而，电流来源于一组引线，而电压在另一组引线上被检测。电压在与源电流不同的地方被感知。这意味着测试引线电阻完全脱离了测量路径。换句话说，测试引线电阻不是测量的一部分。

利与弊

热敏电阻与其他温度传感器相比有几个明显的优点。对于初学者来说，它们很容易设置和操作，使用双线测量方案。它们的速度也很快，因为它们可以做得很小，并能对温度变化做出快速反应。

不利的一面是，热敏电阻的非线性特性要求它们线性化。它们的温度范围也有限，而且很脆弱。因为它们是半导体，它们在高温下更有可能有校准问题。热敏电阻还需要电流源，并具有自热特性，这一点必须认识到。

在使用热敏电阻时，不允许自加热和选择温度范围不足的设备是常见的错误。有几种方法可以减少自热效应，包括使用尽可能小的测试电流和使用脉冲电流法而不是连续电流。

作者信息

Dale Cigoy是Keithley Instruments Inc.的高级应用工程师。

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