温度传感器
2012-06-25

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。

温度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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