基于RTD传感器和IC温度传感器的温度测量方法

1700 年代初，德国物理学家加布里埃尔·丹尼尔·华氏 （Gabriel Daniel Fahrenheit） 创造了华氏标度并开发了水银温度计。华氏没有使用他认为不可靠的水的冰点作为基础。他将冰/盐/水混合物的温度称为“零度”，因为这是他在实验室中可以方便且可重复地达到的最低温度。他估计人体温度为 96°，并以此为上参考。然后，他将刻度划分为 0 到 96 之间的单度。在这个刻度上，纯水的华氏刻度的冰点恰好发生在 32°，沸点（在海平面）在 212°。

在那个世纪后期，大约在 1742 年，瑞典天文学家安德斯·摄氏认为有一个更好的尺度。摄氏使用 100° 作为雪的熔点，并将 0° 设置为水的沸点。后来将其反转为冷端为 0°，热端为 100°，即摄氏温标。

从那时起，准确测量温度对于科学、医学和工业设备来说至关重要。至少有五种常见的温度传感器，但现在，今天，我发现其中两种非常引人注目。

RTD传感器接口

铂电阻温度检测器 （RTD） 是最精确的温度传感器之一。RTD 能够实现 ±0.02°C 的校准精度，但更典型地归档为 ±0.1°C。RTD 提供探头或 SMT 版本，坚固耐用，具有出色的长期稳定性、互换性和可重复性。RTD 不需要像热电偶那样的冷端补偿。它的响应速度比热电偶慢一些。RTD 对温度的响应几乎是线性的，尤其是从 0° 到 100°C，但并不完全如此。无需一些微处理器校正，您就可以在 -100°C 和 +200°C 的范围内获得 ±3.1° 的精度 （0.00385Ω/Ω/°C （ITS-90）），这是非常可重复的。然而，该设备的规定精度可能为 ±0.10 度，是指它与标准曲线的拟合。如果您必须进行绝对测量，而不是可重复测量，微控制器可以使用 Calendar-Van Dusen 方程来补偿非线性并获得 0.1 度的精度。请注意，不同铂成分的 RTD 常数可能略有不同，包括 α = 0.003926Ω/Ω/°C 和 a = 0.003750Ω/Ω/°C （IEC 60751:2008）。

RTD 的起始价格低于 1 美元，通常具有 -55° 至 155°C 的温度范围。此外，200° 至 600°C 也很常见。有许多版本可供选择，0°C 时的电阻范围为 100Ω 至 1KΩ，精度为 ±1% 至 ±0.1%。RTD 的模拟接口（有时称为“发射器”）过去非常昂贵，但现在不再如此了。

MAX31865是一款易于使用的单芯片接口，用于铂电阻温度检测器，带有数字输出。其输入可防止高达 ±45V 的过压故障，该芯片具有可编程检测 RTD 或电缆中的开路或短路故障条件的功能。

该芯片的 15 位 A/D 在所有工作条件下的总精度最高为 ±0.5°C（满量程的 0.05%）。A/D 的积分非线性为±1 LSB。该 IC 采用 3.3V 电源供电，通常需要 2ma。它与 2 线、3 线和 4 线传感器连接兼容，采用 20 引脚 TQFN 和 SSOP 封装。MAX31865EVKIT评估套件可供您直接评估器件。

图 2：MAX31865 RTD 数字转换器框图。

IC温度传感器

第一个温度传感器 IC 于 40 年前发布。今天，这些设备是所有工程师的中流砥柱。IC 温度传感器提供高模拟输出或数字输出，价格相当便宜，通常具有很好的线性度和非常小的封装。直到最近，温度传感器 IC 的精度还可以，而且通常响应速度很慢。它们需要稳定的电源。它们的温度范围有点有限。

情况肯定有所改善。例如，MAX31889数字温度传感器以最低功耗实现最高准确度，是冷链制药和其他温度传感应用的理想选择。该器件在 -20ºC 至 +105ºC 和 -40ºC 至 +125ºC 范围内的精度为 ±0.25ºC 和 ±0.65ºC。该 IC 的 16 位分辨率高达 0.005ºC，可重复性为 0.008°C RMS。它有一个标准的 I 2 C 串行输出。

制作像 MAX31889 这样的专用模拟 IC 可以提供一些不错的附加功能。该芯片包括高低阈值数字温度报警器，并且有一个 32 字的 FIFO 测量缓冲器。唯一的 ROM ID 使设备 NIST 可追溯。

转换时间为 16.5ms，典型值。该 IC 采用微型 2 x 2 x 0.8mm、6 引脚、μDFN 封装。它在测量期间仅需要 68µA 的典型工作电流（最大 110µA），而在待机状态下仅需要 0.55µA（最大 38.0µA）。

图 3：MAX31889 温度传感器 IC 框图。

IC 传感器有什么不喜欢的？好吧，如果 -40º 至 +125ºC 的工作范围适用于您的应用，那么几乎没有任何实际意义。该芯片采用 1.7V 至 3.6V 电源供电，因此可以轻松使用电池供电。它现在可用且成本低廉。事实上，该设备以 RTD 成本的一小部分测量冷链药品温度。

审核编辑：郭婷