温度传感器分类及工作原理介绍 https://t.cn/Ex1o13l

温度传感器定义

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。温度传感器对于环境温度的测量非常准确,广泛应用于农业、工业、车间、库房等领域。

温度传感器发展历史

公元1600年,伽利略研制出气体温度计。一百年后,研制成究竟温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要,相继研制出金属丝电阻、温差电动势元件、双金属式温度传感器。1950年以后,相继研发制成半导体热敏电阻器。最近,随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。

温度传感器分类

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。

1、接触式

接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。

温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。

一般测量精度较高。在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。

2、非接触式

它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。

非接触式温度传感器的优点是测量上限不受感温元件耐温程度的限制,因而对最高可测温度原则上没有限制。

按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

1、热电阻

热敏电阻是用半导体材料, 大多为负温度系数,即阻值随温度增加而降低。

温度变化会造成大的阻值改变,因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差,并且与生产工艺有很大关系。
热敏电阻还有其自身的测量技巧。热敏电阻体积小是优点,它能很快稳定,不会造成热负载。不过也因此很不结实,大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件,任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中,将导致永久性的损坏。

2、热电偶

热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境,而且结实、价低,无需供电,也是最便宜的。电偶是最简单和最通用的温度传感器,但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。

按照温度传感器输出信号的模式,可大致划分为三大类:数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。

1、数字式温度传感器

它采用硅工艺生产的数字式温度传感器,其采用PTAT结构,这种半导体结构具有精确的,与温度相关的良好输出特性。

2、逻辑输出温度传感器

在许多应用中,我们并不需要严格测量温度值,只关心温度是否超出了一个设定范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备,此时可选用逻辑输出式温度传感器

3、模拟式温度传感器

模拟温度传感器,如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控,在一些温度范围内线性不好,需要进行冷端补偿或引线补偿;热惯性大,响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比,具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点,而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上,有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。

温度传感器工作原理

1、热电偶传感器哦工作原理

当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为T,称为工作端或热端,另一端温度为TO,称为自由端或冷端,则回路中就有电流产生,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一,当有电流流过两个不同导体的连接处时,此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向),称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向),称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。

2、电阻传感器工作原理

导体的电阻值随温度变化而改变,通过测量其阻值推算出被测物体的温度,利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器,这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料,热电阻的材料应具有以下特性:

(1)、电阻温度系数要大而且稳定,电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。

(2)、电阻率高,热容量小,反应速度快。

(3)、材料的复现性和工艺性好,价格低。

(4)、在测温范围内化学物理特性稳定。

目前,在工业中应用最广的铂和铜,并已制作成标准测温热电阻。

3、红外温度传感器

在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0.75~100μm的红外线,红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。

4、数字式温度传感器

它采用硅工艺生产的数字式温度传感器,其采用PTAT结构,这种半导体结构具有精确的,与温度相关的良好输出特性。PTAT的输出通过占空比比较器调制成数字信号,占空比与温度的关系如下式:DC=0.32 0.0047*t,t为摄氏度。输出数字信号故与微处理器MCU兼容,通过处理器的高频采样可算出输出电压方波信号的占空比,即可得到温度。该款温度传感器因其特殊工艺,分辨率优于0.005K。

5、逻辑输出型温度传感器

设定一个温度范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备,此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。

6、模拟温度传感器

常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。

AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器,供电电压范围为3~30V,输出电流223μA(-50℃)~423μA( 150℃),灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R时,R两端的电压可作为输出电压。注意R的阻值不能取得太大,以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源,最高可达20MΩ,所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。

挑选温度传感器注意事项

1、被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。

2、被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制,是否需要远距离测量和传送。 3800 100

3、在被测对象温度随时间变化的场合,测温元件的滞后能否适应测温要求。

4、测温范围的大小和精度要求。

5、测温元件大小是否适当。

6、价格如保,使用是否方便。



如何避免误差

温度传感器在安装和使用时,应当避免以下误差的出现,保证最佳测量效果。

1、安装不当引入的误差

如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等,换句话说,热电偶不应装在太靠近门和加热的地方,插入的深度至少应为保护管直径的8~10倍。

2、热阻误差

高温时,如保护管上有一层煤灰,尘埃附在上面,则热阻增加,阻碍热的传导,这时温度示值比被测温度的真值低。因此,应保持热电偶保护管外部的清洁,以减小误差。

3、绝缘变差而引入的误差

如热电偶绝缘了,保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良,在高温下更为严重,这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰,由此引起的误差有时可达上百度。

4、热惰性引入的误差

由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化,在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时,甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后,用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大,热电偶波动的振幅就越小,与实际炉温的差别也就越大。

- 西北来的狂风在大道上掀起滚滚的黄沙。风和路边的杨树在空中争夺树叶,金黄色的叶片像大雪一样飘落下来。一阵劲风吹过,一团落叶就像旋风前的纸钱灰一样跳起来狂舞,仿佛要把人撞倒。大路上空无一人,就连狗们也被飞沙赶回家去了。

- 战福小心翼翼地朝她走去,好像一条野狗走向手里拿着肉片的人。

- 那些突然的哄笑声像鞭子一样有力地抽打他。街道上的风用飞扬的沙土迎接他,飞舞的落叶又一直把他伴送到家里。他推开虚掩着的院门,一头钻进他那个破烂不堪的小屋里,躺在炕上,心里难过得要发狂。

- 战福的脑子总是麻木的,不欢喜,也不沮丧。没有热情,也没有追念往事火一样的懊悔。他不向命运抱怨什么,当然也不会为什么暗自庆幸。不分析也不判断。没有幻想,也没有对往事甜蜜的沉湎。他的脑子是一片真空。

- 就是最勤劳的农民,也不过是靠了日复一日不断的劳作,把好安逸的念头磨掉了呢;就是牛,早上被拉出圈时,也是老大的不愿意。就那么日复一日地干活,除了吃和睡什么也不想,然后再死掉?

- 其他人也在怪笑,都要在这稍纵即逝的一瞬间里,得到前所未有的欢乐。这个笑话对他们多宝贵呀!他们对遇到的一切人讲,然后又可以在笑声里大大地快乐。

/《战福》

- 七月的傍晚,柳枝从树梢静静地垂下来,风不动,叶不摇,连蝉儿也静下来,学校静得很,黑暗堆积在角落里,这是多么美妙的时刻。人们应该扔下日间所忙碌的一切,到柳树下坐一会儿,迎接宁静的夜晚,享受一下轻轻到来的清凉的夜晚气息。

- 可是宿舍里灯光如昼!空气更像煮白肉的汤锅!桌子上摆满了大盘小碗,令人作呕的地瓜烧酒在蒸腾!一个个额头上沁满了汗珠,好像蒸肥鸭蒸出的油。

- 不知谁的收音机在桌子上聒噪。

- 赵助理喝得大醉,油腻的味道随着酒嗝往上冒。一群可怜的民办教师们在隔壁就着少油缺盐的白菜下饭。

- 几个迎面走来挑水的人,看见他都愣住了,直瞪着眼,好像吞了一口烫粥吐不出来。老赵低着头,一阵旋风般地走过,远远地听见后面的人们在说:“那不是老赵吗?”

- 自己居然那么善于奔驰,跑得两肋生风,风儿在耳朵里呼啸,当时居然感到一种莫名其妙的自豪。后来突然领悟到自己现状的可悲,不由得急火攻心,胡冲乱撞,乱尥(liào)蹶子,弄得尘土飞扬,好像一阵旋风。然后就陷入狂乱的状态,失去了时间的概念。

- 他曾经坐在那间屋里,发表他的长篇演讲,看着人们昏昏欲睡的愚蠢面容,更感到自己的伟大。他总谈一切,不点名地揪揪某些人的小辫子,然后再看他们震畏的面容:他们全在摇尾乞怜地看着他。

- 他发现,原来他的脑子有下面四个部分,管吹拍的,管作威作福的,管图吃喝的,管图那个的。现在脑子空了四分之三,剩下的四分之一也不管事了。

- 旭日从窗口慷慨地把阳光送进来。

/《这是真的》

- 一切欢喜都不可能长久,只有不堪回首的记忆,才被人屡屡提起,难于忘怀。

- 到江边的石山上找一个树丛遮蔽的地方坐起来,看着早晨的浓雾怎样慢慢地从江面上浮起来,露出下面暗蓝色的江水。

- 又来到老地方,看着夕阳的光辉怎样在天边创造辉煌的奇迹。等到西天只剩下一点暗紫色的光辉,江面只剩下幢幢的黑影的时候,打鱼人划着小竹筏从江上掠过,都在筏子上点起了灯笼。江面上映出了粼粼的灯影,映出了伐边上蹲着的一排排鱼鹰,好像是披着蓑衣的小个子渔夫。

- 附近的竹林、村庄都沉入淡墨一样的幽暗中了,可是金光还在那边山顶上朝上空放射着。一切都已沉寂,夜晚尚未到来。头顶上的天空,还飘着几片白云。可是好像云朵也比白天升高了,朝着高不可攀的天空,好像深不可测,直通向渺渺的、更伟大的太空,但是被落日的金光仰射着,明亮而辉煌。在那里,最高、最远的地方,目力不可及的地方,是什么?

- 她不信鬼神,但这时也觉得人生一定是有主宰的,一切人类的悲切,真正内在的悲切,都应该朝它诉说。

- 他们爬上江两岸的山顶,只看见群山如林,漓江像一条白色的长缨从无际云边来,又到无际云边去。顶上蓝天如海,四下白云如璧。

/ 《歌仙》

- 整整一个早晨,老陈都在推车上山,下山的时间里喘息一下。最后一次已经是日上三竿了。他感到肚子里好像有一把火在烧,眼前也要发黑。真的,他已经看不清远处的东西了。他时时都在盼着,上山的时候盼早到山顶,下山的时候盼早点回家吃饭,到了真该回家吃饭的时候,他简直就要走不动了。他真想把车子仍在地下,但是他又想起万一车子叫人偷走,那就要花十几块钱去置新的,只好把那辆给他带来灾难的破车推着。

- 下午的辛劳比早上要更厉害。可是老陈全身的肌肉已经麻木了:它们随时都要十二分亢进地收缩,所以现在根本放松不开,无论用力与否,它们全是紧绷绷的一团。所以他的动作就十分笨拙,脚步也是十分沉重,根本就是脚跟和地面恶狠狠地相撞,震得脑子发麻。脑子也因为全身各处麻木而变得十分迟钝,只是感到骨头节里有那么一点痛。

/ 《这辈子》

- 那棵杨树的叶子都变成了红绸子似的火焰,在树枝上轻盈地飘动。从太阳上流出很多金色的河流,在暗暗的天顶上流动。大街上的灯忽然全亮了,一串串发光的气球飘浮在空中。

- 转过头去看那些骑车的人。他们鱼贯穿过桥下黑影,拖着五颜六色的光尾巴,好像鱼缸里的热带鱼在游动。

/ 《变形记》

- 风吹过时,它那柔软的毛打着旋。一只多么可爱的猫啊。

- 我小时候也像它一样,如果打碎了什么值两毛钱以上的东西,我害怕会挨一顿毒打,就会把它的碎片再三地捏在一起,在心里痛苦地惨叫,哀求它们会自动长好,甚至还会把碎片用一张旧报纸包好,放在桌子上,远远地躲开不去看。我总希望有什么善神会在我不看的时候把它变成一个好的,但是没有一次成功。

- 我觉得天地昏沉,世界上有一道鲜红的伤口迸开了,正在不停地流血。人在光天化日之下干出了这件暴行,可是原因不明,而且连一个借口都没有。

/ 《猫》

- 旱季里,那儿的天空是蓝湛湛的,站在小竹楼里往四下看,四外的竹林翠绿而又苗条。天上的云彩又洁白又丰腴,缓缓地浮过。

/ 《我在荒岛上迎接黎明》

- 旱季的天空是青白色的,地平线上白茫茫,田野里光秃秃。太阳从天上恶狠狠地晒下来,连一片云也没有。稻草干得发脆,好像鸡蛋壳一样。

- 天多蓝啊。我有时觉得它莫名其妙。我觉得,我是从那里来的,将来还要消失在那里。

/ 《地久天长》

一般富含鲜味的食材如番茄、香菇、肉、鱼……都需要额外加盐调味,否则本身鲜味显不太出来。唯独蛤蜊不只肉鲜,壳内同时带着咸咸海水,光用清水煮熟就滋味饱满。买了一斤蛤蜊放盐水里,做柠檬蛤蜊意大利面,可是这些家伙不张嘴吐沙,吐了就要被煮[笑而不语],一斤蛤蜊至少能做3人份[吃瓜],我可以分3次吃,养着吧


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