了解3D打印机中的温度传感器原理及应用

在3D打印机中，温度传感器用来测量挤出头的温度和加热床的温度。大部分3D打印机的温度传感器都使用热敏电阻元件，也有少数使用热电偶元件。一款高品质的热敏电阻可以在测量范围内精确地测量温度所对应的阻值，并且可以预测温度的变化。热敏电阻阻值随着温度变化而变化，一种随着温度的升高，阻值降低（NTC）；另一种随着温度升高，阻值升高（PTC）。这种变化在实际应用中并不是线性的，所以测量精准的温度需要根据厂商提供的温度和阻值对应表，而不是根据温度阻值曲线公式计算。图3-28所示为热敏电阻。

图3-28 热敏电阻

热敏电阻测温原理：3D打印机中通过模-数转换器（ADC）测量热敏电阻一端的电压而间接测量出热敏电阻的阻值，然后通过热敏电阻的阻值查表（温度和阻值对应表）找到对应的温度。在实际电路中，是把热敏电阻（R_x）串联一固定阻值的热敏电阻（R₂），两端连接5V电源（U_cc），模-数转换器（ADC）测量两电阻的中间电压（U_out）。模-数转换器（ADC）把测量的电压（U_out）除以5V参考电压（U_ref）乘以模-数转换器（ADC）的分辨率（大部分3D打印机模-数转换器都为10bit，0～1023），得到模-数转换器（ADC）对应的数值（ADC_count）。对应公式如下：(www.xing528.com)

ADC_count=1024U_out/U_ref=1024R_x/（R₂+R_x）

常见的热敏电阻型号：EPCOS100K、RRRF100K、Honeywell100K、Honeywell500K、ATCSemitec104GT-2、PT100、PT1000。

热电偶测温原理：热电偶测温的基本原理是两种不同成分的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成分的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知被测介质的温度。