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溫度傳感器的工作原理及選型指南

分類(lèi)：技術(shù)中心 2672人瀏覽 2019-06-03

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溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。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(lèi)，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(lèi)。

溫度傳感器工作原理

1.金屬膨脹原理設(shè)計(jì)的傳感器

金屬在環(huán)境溫度變化后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的延伸，因此傳感器可以以不同方式對(duì)這種反應(yīng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。

①雙金屬片式傳感器

雙金屬片由兩片不同膨脹系數(shù)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(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號(hào)。

②雙金屬桿和金屬管傳感器

隨著溫度升高，金屬管（材料A）長(zhǎng)度增加，而不膨脹鋼桿（金屬B）的長(zhǎng)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(jìn)行傳遞。反過(guò)來(lái)，這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號(hào)。

2.液體和氣體的變形曲線設(shè)計(jì)的傳感器

在溫度變化時(shí)，液體和氣體同樣會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生體積的變化。多種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)可以把這種膨脹的變化轉(zhuǎn)換成位置的變化，這樣產(chǎn)生位置的變化輸出（電位計(jì)、感應(yīng)偏差、擋流板等等）。

3.電阻傳感器

金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)生變化。對(duì)于不同金屬來(lái)說(shuō)，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(hào)。

電阻共有兩種變化類(lèi)型：

1）正溫度系數(shù)

溫度升高 = 阻值增加

溫度降低 = 阻值減少

2）負(fù)溫度系數(shù)

溫度升高 = 阻值減少

溫度降低 = 阻值增加

4.熱電偶傳感

熱電偶由兩個(gè)不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。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(chēng)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5～40微伏/℃之間。

由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)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(guò)程。

電阻式溫度傳感器

溫度傳感器選型指南

(1)被測(cè)對(duì)象的溫度是否需記錄、報(bào)警和自動(dòng)控制，是否需要遠(yuǎn)距離測(cè)量和傳送。

(2)測(cè)溫范圍的大小和精度要求。

(3)測(cè)溫元件大小是否適當(dāng)。

(4)在被測(cè)對(duì)象溫度隨時(shí)間變化的場(chǎng)合，測(cè)溫元件的滯后能否適應(yīng)測(cè)溫要求。

(5)被測(cè)對(duì)象的環(huán)境條件對(duì)測(cè)溫元件是否有損害。

溫度傳感器的選擇主要是根據(jù)測(cè)量范圍。當(dāng)測(cè)量范圍預(yù)計(jì)在總量程之內(nèi)，可選用鉑電阻傳感器。較窄的量程通常要求傳感器必須具有相當(dāng)高的基本電阻，以便獲得足夠大的電阻變化。熱敏電阻所提供的足夠大的電阻變化使得這些敏感元件非常適用于窄的測(cè)量范圍。如果測(cè)量范圍相當(dāng)大時(shí)，熱電偶更適用。最好將冰點(diǎn)也包括在此范圍內(nèi)，因?yàn)闊犭娕嫉姆侄缺硎且源藴囟葹榛鶞?zhǔn)的。已知范圍內(nèi)的傳感器線性也可作為選擇傳感器的附加條件。

響應(yīng)時(shí)間通常用時(shí)間常數(shù)表示，它是選擇傳感器的另一個(gè)基本依據(jù)。當(dāng)要監(jiān)視貯槽中溫度時(shí)，時(shí)間常數(shù)不那么重要。然而當(dāng)使用過(guò)程中必須測(cè)量振動(dòng)管中的溫度時(shí)，時(shí)間常數(shù)就成為選擇傳感器的決定因素。

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