一文了解热电偶、热电阻、半导体温度传感器的温度测量方案对比

1、基本结构

2、成本分析

热电偶根据类型，成本如表1所示。热电偶根据类型，测温范围，测温精度，产品寿命，反应时间，引线方式，品牌，产地等等因素，价格会有很大差异，以上价格是个概略的参考价格范围。比如，常见的K、J、E型热电偶，国产便宜的大约几块钱，多数从几块到二十几块不等，进口产品要200到400不等。

 电路部分成本估算。此部分包括信号放大、ADC、MCU和其它配套成本。如果利用模拟放大电路，自己建立信号放大，大约成本在3元到5元不等，ADC加MCU用最经济的，大约5块以内。整体成本见表1。

如果利用集成电路，例如MAX6675，可以方便地实现信号放大和冷端补偿，整体结构会变得简单，稳定性也会增加，成本不会太大变化。另外ADC部分可以采用带有放大能力的IC，比如TI的ADS1118，可以直接将热电偶电压信号转换为数字信号。（见表1）

3、举例说明

假设我们测量环境温度，比如仓库温度、空调出风口温度或者室温情况。测量精度不高，误差±1摄氏度。采用K型热电偶，比较经济的测量电路。整体硬件成本大约在16-31元左右。（见表1）

再次说明，这里测试就是MCU里有了一个数据，比如环境是15摄氏度，至于这个数据如何传递，如何展示，这里不讨论。

另外成本会和生产量有很大关系。我们这里估算的价格，大约是一次生产500套左右的单价。而且不计算各种开工费。以下的其它成本考虑类同。

表1：热电偶测温系统和成本分析

1、基本结构

热电阻将环境温度转换为电阻信号，我们将电阻信号变换为电压信号，之后数据采集，数据变换，得到一个温度值。整体结构如图1中的“热电阻”所示。针对以上，热电阻常见有PT100、PT1000、Cu50、NTC、PTC等类型。信号转换可以自己用模拟电路构建，也可以使用厂家集成电路，很多IC同时集成了信号放大与ADC，有些则集 合了ADC与MCU。针对热电阻测量，我们也可以采用另外一种结构，将电阻信号变换为时间信号测量。即通过对比参考电阻与被测电阻在同一电容上的放电时间，测量热电阻的阻值，从而测量温度。整体结构如图1中的“热电阻测量的另一种结构”。

2、成本分析

热电阻根据类型，成本不同，见表2。热电阻根据类型，测温范围，测温精度，产品寿命，反应时间，引线方式，品牌，产地等等因素，价格会有很大差异，以上价格是个概略的参考价格范围。比如，常见的PT100热电阻，国产便宜的大约5块钱，进口的，做过各种防护的，上千块钱。NTC PTC如果是板载的，例如0603封装的，便宜的大约0.1元，如果带外壳，带灌装的，或者带引线的，大约2元到10元不等。  电路部分成本估算：此部分包括信号转换、ADC、MCU和其它配套成本。如果利用模拟放大电路，自己建立信号放大，大约成本在3元到5元不等，ADC加MCU用最经济的，大约5块以内。整体成本见表2。如果利用时间测量，成本会有一定的降低。

3、举例说明

还是假设之前的例子，假设我们测量环境温度，比如仓库温度、空调出风口温度或者室温情况。测量精度不高，误差±1摄氏度。采用PT100热电阻，比较经济的测量电路。整体硬件成本大约在13-29元左右。见表2“示例硬件成本1”。

这里可以进行一个简单的极限考虑，比如我们对环境的测温要求特别的不高，误差正负两三度都问题不大，测量速度也没有要求，成本要求很低，要求测量点特别多，对产品一致性使用寿命都没有特别的要求。整体成本大约如表2“示例硬件成本2”。

表2：热电阻测温系统和成本分析

1、基本结构

半导体测温芯片将环境温度转换为电压信号或者数字信号，我们利用MCU直接采集或读取温度值。整体结构如图1中的“半导体芯片测温方案”。常见测温半导体有DS18B20、GX18B20、TMP112、LM75、SHT21等等。此类传感器构成的系统结构非常简单，就是通过一个数字接口，如I2C、SPI、或者1wire进行连接，读取温度数值。

2、成本分析

常见数字温度传感器成本见表3。电路部分成本估算包括MCU和其它配套成本，见表3“电路部分成本估算”。

3、举例说明

还是假设之前的例子，假设我们测量环境温度，比如仓库温度，空调出风口温度或者室温情况。误差±0.5摄氏度。我们采用比较经济的不需要电源芯片的GX18B20温度传感器（北京中科银河芯科技有限公司），整体硬件成本大约在7.3-10.8元左右。（见表3）

表3：半导体测温芯片构成的测温系统和成本