溫度傳感器

   利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)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。

    溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是早開發(fā)，應(yīng)用廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和IC集成溫度傳感器等接觸式溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器等非接觸式溫度傳感器。

一、接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。

溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。

它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和導(dǎo)技術(shù)的研究，測(cè)量-153℃以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測(cè)量-271.4℃～27℃范圍內(nèi)的溫度。

溫度計(jì)常用的有：

1、熱電阻

根據(jù)電阻的溫度效應(yīng)而制，有隨溫度升高而變大的是正溫度系數(shù)，也有隨溫度升高而減小的是負(fù)溫度系數(shù)，使用時(shí)取其分壓放大后AD轉(zhuǎn)換即可。

熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量度是高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

（1）熱電阻測(cè)溫原理及材料

熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。各種熱電阻的測(cè)量范圍和優(yōu)缺點(diǎn)：

PT100/ PT1000型熱電阻：鉑電阻，溫度范圍-200～850℃。PT100（或PT1000）即0度時(shí)阻值為100歐姆（或1000歐姆），根據(jù)測(cè)量的精度選擇。金屬鉑材料的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好、能耐高溫，容易制得純鉑，又因其電阻率大，可用較少材料制成電阻，此外其測(cè)溫范圍大。它的缺點(diǎn)是：在還原介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆，并改變電阻與溫度之間的關(guān)系。

CU50型熱電阻：銅電阻，溫度范圍-50～150℃。銅熱電阻的價(jià)格便宜，線件度好，工業(yè)上在-50～+150℃范圍內(nèi)使用較多。銅熱電阻怕潮濕，易被腐蝕，熔點(diǎn)亦低。

（2）熱電阻的結(jié)構(gòu)

精通型熱電阻：從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。

鎧裝熱電阻：由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。

端面熱電阻：感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

隔爆型熱電阻：通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

（3）熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成

熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：

①熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致

②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。

2、熱電偶

利用不同金屬的熱效應(yīng)，產(chǎn)生電勢(shì)差，其溫度范圍很寬，一般用來測(cè)量幾百度的溫度。

熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測(cè)元件。其優(yōu)點(diǎn)是：

①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。

③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。

（1）熱電偶測(cè)溫基本原理

兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)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(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40mV／℃之間。

熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)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(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過程。

（2）熱電偶的種類