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溫度傳感器

時間:2018-12-28 17:15:26來源:PLC技術應用學院

導語:?溫度傳感器(temperature transducer)是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。

溫度傳感器(temperaturetransducer)是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分,品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

接觸式

接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸,又稱溫度計。

溫度計通過傳導或對流達到熱平衡,從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。

非接觸式

它的敏感元件與被測對象互不接觸,又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對象的表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布。

最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律,稱為輻射測溫儀表。

非接觸測溫優點:測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于1800℃以上的高溫,主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術的發展,輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴展,700℃以下直至常溫都已采用,且分辨率很高。

工作原理

金屬膨脹原理設計的傳感器

金屬在環境溫度變化后會產生一個相應的延伸,因此傳感器可以以不同方式對這種反應進行信號轉換。

雙金屬片式傳感器

雙金屬片由兩片不同膨脹系數的金屬貼在一起而組成,隨著溫度變化,材料A比另外一種金屬膨脹程度要高,引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉換成一個輸出信號。

雙金屬桿和金屬管傳感器

隨著溫度升高,金屬管(材料A)長度增加,而不膨脹鋼桿(金屬B)的長度并不增加,這樣由于位置的改變,金屬管的線性膨脹就可以進行傳遞。反過來,這種線性膨脹可以轉換成一個輸出信號。

液體和氣體的變形曲線設計的傳感器

在溫度變化時,液體和氣體同樣會相應產生體積的變化。

多種類型的結構可以把這種膨脹的變化轉換成位置的變化,這樣產生位置的變化輸出(電位計、感應偏差、擋流板等等)。

電阻傳感

金屬隨著溫度變化,其電阻值也發生變化。

對于不同金屬來說,溫度每變化一度,電阻值變化是不同的,而電阻值又可以直接作為輸出信號。

電阻共有兩種變化類型

正溫度系數

溫度升高=阻值增加

溫度降低=阻值減少

負溫度系數

溫度升高=阻值減少

溫度降低=阻值增加

熱電偶傳感

熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成,在末端焊接在一起。再測出不加熱部位的環境溫度,就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質的導體,所以稱之為熱電偶。不同材質做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍,它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時,輸出電位差的變化量。對于大多數金屬材料支撐的熱電偶而言,這個數值大約在5~40微伏/℃之間。

由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關,用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性,這種細微的測溫元件有極高的響應速度,可以測量快速變化的過程。

挑選方法

如果要進行可靠的溫度測量,首先就需要選擇正確的溫度儀表,也就是溫度傳感器。其中熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻(RTD)和溫度IC都是測試中最常用的溫度傳感器。

以下是對熱電偶和熱敏電阻兩種溫度儀表的特點介紹。

1、熱電偶

熱電偶是溫度測量中最常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環境,

而且結實、價低,無需供電,也是最便宜的。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構成,當熱電偶一端受熱時,熱電偶電路中就有電勢差??捎脺y量的電勢差來計算溫度。

不過,電壓和溫度間是非線性關系,溫度由于電壓和溫度是非線性關系,因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量,并利用測試設備軟件或硬件在儀器內部處理電壓-溫度變換,以最終獲得熱偶溫度(Tx)。Agilent34970A和34980A數據采集器均有內置的測量了運算能力。

簡而言之,熱電偶是最簡單和最通用的溫度傳感器,但熱電偶并不適合高精度的的測量和應用。

2、熱敏電阻

熱敏電阻是用半導體材料,大多為負溫度系數,即阻值隨溫度增加而降低。溫度

溫度變化會造成大的阻值改變,因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差,并且與生產工藝有很大關系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線。

熱敏電阻體積非常小,對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源,小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度,有較好的精度,但它比熱偶貴,可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ,每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的,但必須注意防止自熱誤差。

熱敏電阻還有其自身的測量技巧。熱敏電阻體積小是優點,它能很快穩定,不會造成熱負載。不過也因此很不結實,大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件,任何電流源都會在其上因功率而造成發熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中,將導致永久性的損壞。

通過對兩種溫度儀表的介紹,希望對大家工作學習有所幫助。

選用注意

1、被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制,是否需要遠距離測量和傳送;

2、測溫范圍的大小和精度要求;

3、測溫元件大小是否適當;

4、在被測對象溫度隨時間變化的場合,測溫元件的滯后能否適應測溫要求;

5、被測對象的環境條件對測溫元件是否有損害;

6、價格如保,使用是否方便。

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