【分立元件】案例:为什么温度探头有1米长,但测量温度还是准的?

之前被问到这么一个问题,如下图所示的温度传感器,探头的连接线搞这么长,有1m/2m/3m的规格,那这段线里没有电阻吗?如果只放一部分进去到测试环境中(比如3m长的连接线放1m进入高低温箱),那温度能测试得准吗?

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为了解释这个问题,我们需要了解温度探头的原理。温度探头能测量温度,其中就涉及到温度探头内部热敏电阻的原理。热敏电阻是对温度敏感的半导体元件,主要特征是随着外界环境温度的变化,其阻值会相应发生较大改变。电阻值对温度的依赖关系称为阻温特性。热敏电阻根据温度系数分为两类:正温度系数热敏电阻(PTC)负温度系数热敏电阻(NTC)

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上图所示的热敏电阻是NTC热敏电阻,也就是负温度系统热敏电阻。负温度系数的热敏电阻随着温度升高,电阻值会降低(可参考星球文章:【分立元件】NTC热敏电阻的B值)。比如在3950 10K温度阻值对应表链接 中我们可以看到当温度为300时,电阻中心值为0.0107K(10.7欧):

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当温度为-40时,电阻的中心值为277.2251K。与300度下相比整整差了277K之多。

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所以通过热敏电阻值的变化,我们可以使用以下典型的热敏电阻电路方案来简单的判断环境温度。

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相比于NTC电阻的变化程度来说,导线(参考铜电阻率)的电阻随着温度的变化就会小得多。根据以下的公式,对于铜导线的电阻,在长度、截面都不变的情况下,只和电阻率有关。

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如下图所示,表格中铜的电阻率从0度到100度基本成线性增大,电阻率变化大约有0.01mm/n。

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如果我们以长度为1m,截面为1平方mm的铜导线来算的话,理论上电阻值的大小变化了快0.01欧。对于动辄变化几百K的NTC来说,这点变化是很小的,几乎可以忽略不计。因此,就算将探头边接线的一部分放到测试环境中,最终我们得出来的温度也基本是准确的,差别不大。

其实从星球文章【分立元件】案例:实测黄铝壳2R电阻在高温下是否还保持 1%精度 中,我们根据最终的实验结果来看,电阻随着温度变化也确实差异不大。而且从铜的电阻率与温度变化曲线上看,我们也可以得出随着温度增加,电阻会增大的事实。

总结:生活和工作中总有一些小小的问题,这些问题只有深入去思考,了解其中的原理我们才能更好的理解并反过来指导工作与生活。如果能动手进行实践的话,记忆就会更加的深刻了。

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