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温度传感器应具备哪些功能,影响半导体温度传感器精度的因素?

发布时间:2022-03-16 18:35:57点击量:

  温度传感器是在电子系统中测量的最常见的环境指标之一,并且可以使用多种传感器类型来满足设计人员的需求。然而,在选择温度传感器时必须小心谨慎,以确保整体精度符合设计规范。本文总结了半导体温度传感器精度的主要考虑因素。

温度传感器应具备哪些功能,影响半导体温度传感器精度的因素?(图1)

  一、温度传感器功能


  需要温度传感的应用通常使用以下传感器功能之一:


  对于±2°C至±3°C的精度就足够了的基本温度传感,热敏电阻往往是一种流行的选择,因为它们成本低且材料清单(BOM)最少。但是,对于基于MCU的应用,如果ADC输入不可用,则半导体传感器是首选。对于需要优于±2°C的更高准确度、更低功耗和/或高分辨率测量的设计,只要感应范围在–40至+125°C范围内,半导体传感器就可以以价格提供最佳性能。电阻温度检测器(RTD)传统上可提供高达±0.2°C的最高精度,尽管成本很高,并且需要额外的外部BOM成本来维持准确的模数转换。


  热电堆具有非接触式测量的优势,因此还可以测量广泛的温度范围。传统的热电堆设计使用TO-5金属罐封装,需要外部放大或包含嵌入式ASIC。再加上对适当光机械设计的需求,需要更高的成本并将热电堆限制在非接触式测量具有显着优势的应用中。这方面的例子是入耳式温度计和高温下的工业过程控制。


  二、影响半导体传感器精度的因素:


  半导体温度传感器通常使用带隙元件测量二极管正向电压的变化以确定温度。为了达到合理的精度,这些都在单个温度点进行校准,通常为25°C。因此,在校准点实现了最高精度,然后精度会随着温度的升高或降低而下降。为了在较宽的温度范围内获得更高的精度,可以采用额外的校准点或先进的信号处理技术。


  半导体温度传感器的制造商将指定特定温度范围内的典型和最大温度精度。虽然典型值可以让您了解理想条件下少数设备的准确度,但客户应依赖最大值来真正指示跨多个设备和各种条件下的准确度。


  电源电压也会影响半导体传感器的温度精度。当电源偏离标称电压时,具有较低内部电压调节水平的传感器设备将表现出更大的精度下降。大多数制造商会在其数据表规格中包含这一点,最大值在±0.2°C/V至±0.3°C/V的范围内。


  在具有<±0.5°C误差的更高精度设备中,将开始出现次级效应,这些效应也会对整体精度产生影响。这些通常与制造商数据表中的整体精度规格分开指定,因此应添加。其中一些包括:


  可重复性/噪声:这是模拟前端和ADC引入的误差,范围从较低性能产品的±0.1°C到较高性能产品的±0.01°C。


  漂移/稳定性:随着设备老化,随着时间的推移引入额外的错误。

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