什么是溫度傳感器?
溫度傳感器的具體定義就是可以用來感受溫度,并且跟隨著溫度的變化轉換成為可以用來輸出信號的傳感器,溫度傳感器是溫度測量儀表的核心,不為根據測量的方式可以分為接觸式和非接觸式
傳感器溫度
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什么品牌的溫度傳感器好?溫度傳感器是指PT100鉑電阻溫度傳感器
HX-RS系列也不錯,質量穩定、使用壽命長。
溫度傳感器的分類 作用 工作原理 及其應用范圍
目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導體溫度傳感器和熱電偶四大類。
熱敏電阻(其中分正溫度和負溫度特性兩類),其根據電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應變化的原理實現溫度傳感的,其特點是工作溫度范圍廣,成本低、但線性差,誤差較大,適用于溫控精度要求不高的場合。
雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起,根據不同金屬的熱膨脹率的差異,導致雙金屬機構產生于溫度變化相對應的形變的原理做成的,其特點的溫度范圍大,但精度極低。
集成化半導體溫度傳感器是由硅二極管和運算放大器組成的,是三端器件,其根據硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理,由于線性降低的線性精度雖然良好,但變化值微小,所以要通過運算放大器線性放大,另外,通過改變運算放大器的負反饋電阻的值,實現輸出不同電壓變化范圍的各規格產品,以適應不同設備的要求。其特點是精度高,熱慣性小,響應快,輸出負載能力大(抗電磁干擾能力強),成本較高,溫度適用范圍小。
熱電偶是根據兩個不同導體或半導體在不同的溫度下之間產生電動勢的所謂的溫差發電效應產生的傳感器,其并非真正意義上的溫度傳感器,但它對溫差敏感。溫度傳感器是檢測溫度的器件,其種類最多,應用最廣,發展最快。
目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導體溫度傳感器和熱電偶四大類。
熱敏電阻(其中分正溫度和負溫度特性兩類),其根據電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應變化的原理實現溫度傳感的,其特點是工作溫度范圍廣,成本低、但線性差,誤差較大,適用于溫控精度要求不高的場合。
雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起,根據不同金屬的熱膨脹率的差異,導致雙金屬機構產生于溫度變化相對應的形變的原理做成的,其特點的溫度范圍大,但精度極低。
集成化半導體溫度傳感器是由硅二極管和運算放大器組成的,是三端器件,其根據硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理,由于線性降低的線性精度雖然良好,但變化值微小,所以要通過運算放大器線性放大,另外,通過改變運算放大器的負反饋電阻的值,實現輸出不同電壓變化范圍的各規格產品,以適應不同設備的要求。其特點是精度高,熱慣性小,響應快,輸出負載能力大(抗電磁干擾能力強),成本較高,溫度適用范圍小。
熱電偶是根據兩個不同導體或半導體在不同的溫度下之間產生電動勢的所謂的溫差發電效應產生的傳感器,其并非真正意義上的溫度傳感器,但它對溫差敏感。
日常使用的材料及電子元件大部分特性都隨溫度而變化,最常用的是熱電阻和熱電偶兩類產品。
1.熱電偶的工作原理
當有兩種不同的導體和半導體a和b組成一個回路,其兩端相互連接時,只要兩結點處的溫度不同,一端溫度為t,稱為工作端或熱端,另一端溫度為to,稱為自由端(也稱參考端)或冷端,則回路中就有電流產生,如圖2-1(a)所示,即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產生電動勢的現象稱為塞貝克效應。與塞貝克有關的效
應有兩個:其一,當有電流流過兩個不同導體的連接處時,此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向),稱為珀爾帖效應;其二,當有電流流過存在溫度梯度的導體時,導體吸收或放出熱量(取決于電流相對于溫度梯度的方向),稱為湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢eab(t,t0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產生的電勢,此電勢與兩種導體或半導體的性質及在接觸點的溫度有關。溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產生的電勢,此電勢只與導體或半導體的性質和兩端的溫度有關,而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中
于接觸處端點的電子數不同而產生的電勢,熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷開時,在斷開處a,b之間便有一電動勢差△v,其極性和大小與回路中的熱電勢一致,如圖2-1(b)所示。并規定在冷端,當電流由a流向b時,稱a為正極,b為負極。實驗表明,當△v很小時,△v與△t成正比關系。定義△v對△t的微分熱電勢為熱電勢率,又稱塞貝克系數。塞貝克系數的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結點的溫度差。
2.熱電偶的種類
目前,國際電工委員會(iec)推薦了8種類型的熱電偶作為標準化熱電偶,即為t型、e型、j型、k型、n型、b型、r型和s型。
1.熱電阻材料的特性
導體的電阻值隨溫度變化而改變,通過測量其阻值推算出被測物體的溫度,利用此原理構成的傳感器就是電阻溫度傳感器,這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內的溫度測量。
純金屬是熱電阻的主要制造材料,熱電阻的材料應具有以下特性:
①電阻溫度系數要大而且穩定,電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系。
②電阻率高,熱容量小,反應速度快。
③材料的復現性和工藝性好,價格低。
④在測溫范圍內化學物理特性穩定。
目前,在工業中應用最廣的鉑和銅,并已制作成標準測溫熱電阻。
2.鉑電阻
鉑電阻與溫度之間的關系接近于線性,在0~630.74℃范圍內可用下式表示rt=r0(1+at+bt2) (2-1)在-190~0℃范圍內為rt=r0(1+at+bt2十ct3) (2-2)式中,ro、rt為溫度0°及t°時鉑電阻的電阻值,t為任意溫度,a、b、c為溫度系數,由實驗確定,a=3.9684×10-3/℃,b=-5.847×10-7/℃2,c=-4.22×10-l2/℃3。由式(2-1)和式(2-2)看出,當r0值不同時,在同樣溫度下,其rt值也不同。
3.銅電阻
在測溫精度要求不高,且測溫范圍比較小的情況下,可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50~150℃的溫度范圍內,銅電阻與溫度成線性關系,其電阻與溫度關系的表達式為rt=r0(1+at) (2-3)式中,a=4.25×10-3~4.28×10-3℃為銅電阻的溫度系數。
溫度傳感器的分類 作用 工作原理 及其應用范圍
目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導體溫度傳感器和熱電偶四大類。
熱敏電阻(其中分正溫度和負溫度特性兩類),其根據電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應變化的原理實現溫度傳感的,其特點是工作溫度范圍廣,成本低、但線性差,誤差較大,適用于溫控精度要求不高的場合。
雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起,根據不同金屬的熱膨脹率的差異,導致雙金屬機構產生于溫度變化相對應的形變的原理做成的,其特點的溫度范圍大,但精度極低。
集成化半導體溫度傳感器是由硅二極管和運算放大器組成的,是三端器件,其根據硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理,由于線性降低的線性精度雖然良好,但變化值微小,所以要通過運算放大器線性放大,另外,通過改變運算放大器的負反饋電阻的值,實現輸出不同電壓變化范圍的各規格產品,以適應不同設備的要求。其特點是精度高,熱慣性小,響應快,輸出負載能力大(抗電磁干擾能力強),成本較高,溫度適用范圍小。
熱電偶是根據兩個不同導體或半導體在不同的溫度下之間產生電動勢的所謂的溫差發電效應產生的傳感器,其并非真正意義上的溫度傳感器,但它對溫差敏感。溫度傳感器是檢測溫度的器件,其種類最多,應用最廣,發展最快。
目前主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導體溫度傳感器和熱電偶四大類。
熱敏電阻(其中分正溫度和負溫度特性兩類),其根據電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應變化的原理實現溫度傳感的,其特點是工作溫度范圍廣,成本低、但線性差,誤差較大,適用于溫控精度要求不高的場合。
雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起,根據不同金屬的熱膨脹率的差異,導致雙金屬機構產生于溫度變化相對應的形變的原理做成的,其特點的溫度范圍大,但精度極低。
集成化半導體溫度傳感器是由硅二極管和運算放大器組成的,是三端器件,其根據硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理,由于線性降低的線性精度雖然良好,但變化值微小,所以要通過運算放大器線性放大,另外,通過改變運算放大器的負反饋電阻的值,實現輸出不同電壓變化范圍的各規格產品,以適應不同設備的要求。其特點是精度高,熱慣性小,響應快,輸出負載能力大(抗電磁干擾能力強),成本較高,溫度適用范圍小。
熱電偶是根據兩個不同導體或半導體在不同的溫度下之間產生電動勢的所謂的溫差發電效應產生的傳感器,其并非真正意義上的溫度傳感器,但它對溫差敏感。
日常使用的材料及電子元件大部分特性都隨溫度而變化,最常用的是熱電阻和熱電偶兩類產品。
1.熱電偶的工作原理
當有兩種不同的導體和半導體a和b組成一個回路,其兩端相互連接時,只要兩結點處的溫度不同,一端溫度為t,稱為工作端或熱端,另一端溫度為to,稱為自由端(也稱參考端)或冷端,則回路中就有電流產生,如圖2-1(a)所示,即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產生電動勢的現象稱為塞貝克效應。與塞貝克有關的效
應有兩個:其一,當有電流流過兩個不同導體的連接處時,此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向),稱為珀爾帖效應;其二,當有電流流過存在溫度梯度的導體時,導體吸收或放出熱量(取決于電流相對于溫度梯度的方向),稱為湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢eab(t,t0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產生的電勢,此電勢與兩種導體或半導體的性質及在接觸點的溫度有關。溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產生的電勢,此電勢只與導體或半導體的性質和兩端的溫度有關,而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中
于接觸處端點的電子數不同而產生的電勢,熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷開時,在斷開處a,b之間便有一電動勢差△v,其極性和大小與回路中的熱電勢一致,如圖2-1(b)所示。并規定在冷端,當電流由a流向b時,稱a為正極,b為負極。實驗表明,當△v很小時,△v與△t成正比關系。定義△v對△t的微分熱電勢為熱電勢率,又稱塞貝克系數。塞貝克系數的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結點的溫度差。
2.熱電偶的種類
目前,國際電工委員會(iec)推薦了8種類型的熱電偶作為標準化熱電偶,即為t型、e型、j型、k型、n型、b型、r型和s型。
1.熱電阻材料的特性
導體的電阻值隨溫度變化而改變,通過測量其阻值推算出被測物體的溫度,利用此原理構成的傳感器就是電阻溫度傳感器,這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內的溫度測量。
純金屬是熱電阻的主要制造材料,熱電阻的材料應具有以下特性:
①電阻溫度系數要大而且穩定,電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系。
②電阻率高,熱容量小,反應速度快。
③材料的復現性和工藝性好,價格低。
④在測溫范圍內化學物理特性穩定。
目前,在工業中應用最廣的鉑和銅,并已制作成標準測溫熱電阻。
2.鉑電阻
鉑電阻與溫度之間的關系接近于線性,在0~630.74℃范圍內可用下式表示rt=r0(1+at+bt2) (2-1)在-190~0℃范圍內為rt=r0(1+at+bt2十ct3) (2-2)式中,ro、rt為溫度0°及t°時鉑電阻的電阻值,t為任意溫度,a、b、c為溫度系數,由實驗確定,a=3.9684×10-3/℃,b=-5.847×10-7/℃2,c=-4.22×10-l2/℃3。由式(2-1)和式(2-2)看出,當r0值不同時,在同樣溫度下,其rt值也不同。
3.銅電阻
在測溫精度要求不高,且測溫范圍比較小的情況下,可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50~150℃的溫度范圍內,銅電阻與溫度成線性關系,其電阻與溫度關系的表達式為rt=r0(1+at) (2-3)式中,a=4.25×10-3~4.28×10-3℃為銅電阻的溫度系數。