温度传感器
温度是表征物体冷热程度的物理量,是工农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性,温度传感器的数量在各种传感器中居首位,约占50%。
温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化,所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有:膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展,新型温度传感器还会不断涌现。
由于工农业生产中温度测量的范围极宽,从零下几百度到零上几千度,而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。常用的测温传感器的种类与测温范围如下表所示。
测温传感器的种类与测温范围 | |||||||
测量原理 | 种类 | 测温范围(1℃) | 特征 | ||||
体积热膨胀 | 玻璃制水银温度计 | -20—+350 | 不需要用电 | ||||
玻璃制有机液体温度计 | -100—+100 | ||||||
双金属温度计 | 0—+300 | ||||||
液体压力温度计 | -200—+350 | ||||||
气体压力温度计 | -250—+550 | ||||||
电阻变化 | 铜电阻 | -50—+150 | 精度中等,价格低 | ||||
铂电阻 | -200—+600 | 精度高,价格贵 | |||||
热敏电阻 | 低温-200—0 | 精度低,灵敏度高,价格最低 | |||||
一般-50—+30 | |||||||
中温0—+700 | |||||||
热电效应 | 镍铬—考铜 | 0500(-200—+800) | 测量范围宽,精度高, 需要冷端补偿 | ||||
镍铬—镍硅 | 0800(-200—+1250) | ||||||
铂铑10—铂 | 200—1400(0—1700) | ||||||
铂铑30—铂铑 | 200—1500(100—1900) | ||||||
P—N结结电压变化 | 半导体二极管 | -150—+150(Si) | 灵敏度高,线性度好, 二极管一类价格低 | ||||
晶体管特性变化 | 晶体管 | 150—+150 | |||||
半导体集成电路 | -40—+150 | ||||||
压电反应 | 石英晶体振荡器 | -100—+200 | 可作标准使用 | ||||
频率变化 | SAW振荡元件 | 0—+200 | |||||
光学变化 | 光学高温度计 | 900—+2000 | 非接触测量 | ||||
热辐射 | 辐射源温度传感器 | 100—+2000 | |||||
磁性变化 | 热铁素体 | -80—+150 | 在特定温度下变化 | ||||
Fe-Ni-Cu合金 | 0—350 | ||||||
电容变化 | BaSrT2O3陶瓷 | -270—+150 | 温度与电容是倒数关系 | ||||
物质颜色 | 示温涂料 | 0—1300 | 检测温度不连续 | ||||
液晶 | 0—100 | 颜色连续变化 |
温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类:接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触,使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触,而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器,以达到测温的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度(如慢速行使的火车的轴承温度,旋转着的水泥窑的温度)及热容量小的物体(如集成电路中的温度分布)。
温度传感器的种类较多,我们介绍几种主要的温度传感器及应用电路。
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