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温度传感器的常用种类

发布时间2020-09-01        浏览次数:550




温度是与人类的生活、工作关系*为密切的物理量。温度传感器是把非电量温度转换为电信号的传感器,它的种类很多,常用的有热电阻、热电偶、集成温度传感器等。

1.热电阻

金属热电阻传感器也称为热电阻传感器,是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。一般的热电阻传感器由热电阻、连接导线显示仪表组成。热电阻广泛用来测量?220~850℃范围内的温度,少数情况下,低温可测量至1K(?272℃),高温可测量至1000℃。金属热电阻大都由纯金属材料制成,目前主要采用的材料是铂和铜,也有用锰、铑、碳等材料制作热电阻的。

1)铂热电阻

铂热电阻的特点是测温精度高、稳定性好,是制造热电阻的*好材料。铂热电阻的应用范围为?200~850℃。

因为铂材料价格昂贵,因此一般工程测量中多采用铜作为热电阻材料。铜的*大优点是价格低廉,易于提纯,在?50~150℃的范围内,温度特性的线性较好。其缺点是铜的电阻率仅为铂的几分之一,因此,铜热电阻所用材料细而且长,机械强度较差,热惯性较大,在温度高于100℃以上或在侵蚀性介质中使用时,易氧化,稳定性较差。因此,铜热电阻只能用于测量精度要求不高且温度不高(100℃以下)及无侵蚀性的介质中。

2)热敏电阻

半导体热敏电阻简称热敏电阻,是一种新型的半导体测温元件,热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料,按特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为3种类型,即正温度系数(PTC)热敏电阻、负温度系数(NTC)热敏电阻以及在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器(CTR)。目前使用较多的热敏电阻是NTC型热敏电阻。热敏电阻与金属热电阻比有以下几点不同。

① 热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻,所以半导体温度计的灵敏度很高。

② 同温度情况下,热敏电阻阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻对测量误差的影响极小,适用于远距离测量。

③ 热敏电阻温度曲线非线性相当严重,所以其测量温度范围远小于金属热电阻,一般在?50~300℃。

④ 半导体热敏电阻的性能不够稳定、互换性差、精度较低,这是它的主要缺点。

2.热电偶

热电偶的原理基于热电效应。当A、B两种不同材料的导体组成一个闭合电路时,若两接点T、T0的温度不同,则在该电路中会产生电动势并形成电流,这种现象称为热电效应,该电动势称为热电动势。图中的两个接点,一个称为测量端T,或称为热端;另一个称为参考端T0,也称为冷端。热电偶就是利用上述的热电效应来测量温度的。

实验证明:热电动势与热电偶两端的温度差成比例。

按结构形式不同,热电偶通常分为普通热电偶、铠装式热电偶和薄膜热电偶3类。

1)普通热电偶

普通热电偶应用于工业上测量液体、气体等介质的温度。它一般由热电偶丝、绝缘套管、保护套管和接线盒组成,实验室使用时可以不用保护套管,以减小热惯性。

2)铠装式热电偶

铠装式热电偶是由热电偶丝、绝缘材料、金属套管三者组合成一体的具有特殊结构的热电偶。它可以做得很细很长,可以弯曲。根据热端形状的不同,它又可分为多种结构形式,不同的结构形式,响应时间和应用场合及特点不同。这类热电偶的突出优点是可小型化、使用方便、使用寿命长、热惯性小。此外,这类传感器还具有强度高、耐压、耐振动和耐冲击等优点,并可根据需要制成不同长度,*长可达100m。

3)薄膜热电偶

薄膜热电偶是用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上,上面再蒸镀一层二氧化硅作为绝缘和保护层,形成薄膜状热电偶,其热接点极薄(0.01~0.1μm),因此特别适用于快速测量物体壁面的温度。安装时用黏合剂将它黏结在被测物体壁面上即可。

3.集成温度传感器

它是把感温元件(多为PN结)与有关的电子线路集成在很小的硅片上封装而成的。由于PN结不能耐高温,所以集成温度传感器通常只能测量 150℃以下的温度,典型的工作温度范围是?50~150℃。集成温度传感器具有体积小、线性好、反应灵敏等优点,所以应用十分广泛。

集成温度传感器按输出电量不同可分为电压型、电流型和频率型几类。电压型传感器的优点是直接输出电压,且输出阻抗低,易于与信号处理电路相连接。电流型传感器的输出阻抗极高,因此可以简单地使用双股绞线传输数百米远,而不必考虑传输导线的电阻,特别适合于远距离晶密温度遥感和遥测。频率输出型传感器除了具有与电流输出型传感器相似的优点外,还便于与微型计算机连接。