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什么是溫度傳感器?有哪些類型

時間:2021-04-09
在自然界中,溫度是最基本的物理量,所有的過程都與溫度密切相關。感應器是一種較早發展、應用廣泛的感應器。在溫度傳感器領域,其市場占有率遠遠高于其他傳感器。自十七世紀初,人們開始使用溫度來測量。本世紀,在半導體技術的支持下,已先后研制出半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。據此,根據波與物質相互作用的規律,研制出了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。
不同材料的兩個導體,比如在一個地方相互連接,并對這個連接點加熱,在他們不加熱的地方就會產生電位差。這種電位差的數值是由測量點在未加熱處的溫度以及兩種導體的材料所決定的。這一現象可以在很大的溫度范圍內發生,如果用精que測量這一電位差,再測一次周圍無加熱點的溫度,就可以精確地知道加熱點的溫度。因為必須有兩種不同材料的導體,所以被稱為熱電偶。采用不同材料制作的熱電偶,其溫度范圍不同,其靈敏度也不同。熱偶的靈敏度是指熱點溫度變化1℃時,輸出電位差的變化。對多數金屬材料支持的熱電偶來說,溫度范圍在5~40微伏/℃之間。
熱偶傳感器具有自身的優點和缺點,由于其靈敏度較低,易受環境信號的干擾,也易受前置放大器溫度漂移的影響,所以不適合用于微小溫度變化的測量。因為熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關,所以可以用非常細的材料制成溫度傳感器。同時,由于熱電偶所用的金屬材料具有良好的可塑性,這種精密的溫度測量元件具有極高的響應速度,能夠測量快速變化的過程。
在各種各樣的傳感器中,溫度傳感器是最常用的一種,現代的溫度傳感器外形非常小巧,因此使其更廣泛地應用于生產實踐的各個領域,同時也為我們的生活提供了無數的方便和功能。
有四種主要的溫度傳感器:熱電偶,熱敏電阻,電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。集成電路溫度傳感器又分為兩類:模擬輸出和數字輸出。
觸點溫度傳感器的檢測部分與被測物體接觸良好,也稱為測溫儀。
溫度表是通過導電或對流來實現熱平衡的,因此溫度表的示值可以直接表示被測物體的溫度。通常的測量精度較高。溫度計還可以在一定測溫范圍內測量物體內部溫度分布。但是,對運動物體、小靶標或熱容量較小的物體,其測量誤差較大,常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液溫度計、壓力溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻計及溫差電偶等。在工業、農業、商業等部門得到了廣泛的應用。這些溫度計也經常用于日常生活中。由于低溫技術在國防工程、航天、冶金、電子、食品、醫藥、石化等行業的廣泛應用,以及超導技術的研究,使得低溫氣體溫度計、蒸汽壓力溫度計、聲學溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻、低溫溫差電偶等120K以下的溫度測量儀器得以發展。低溫度表要求溫度傳感器體積小,精度高,復現性和穩定性好。由滲碳玻璃燒結而成的多孔高硅氧玻璃熱電阻是低溫溫度計的感溫元件,可在1.6~300K范圍內進行溫度測量。
無觸點溫度傳感器的敏感元件與被測物體互不接觸,也稱為非接觸式溫度測量儀。這類儀器可用來測量移動物體的表面溫度,小物體和熱容量小的物體,或者溫度快速變化(瞬變)的物體,或者溫度場的溫度分布。Chang使用的非接觸式溫度測量儀器是以黑體輻射的基本定律,即輻射溫度測量儀器為基礎。放射性測溫方法包括亮度法(見光學高溫計)、輻射法(見輻射高溫計)和比色法(見色溫計)。各種輻射測溫方法只能測量相應的光度溫度,輻射溫度或色溫。只有測量黑體(吸收所有輻射而不反射光的物體)的溫度是真溫度。要想確定物體的真實溫度,必須對材料表面的發射率進行修正。而且材料的表面發射率不僅取決于溫度和波長,而且還與表面狀態、涂層和顯微組織等有關,因此很難精確測量。采用輻射測溫技術進行自動化生產,通常需要測量或控制某些物體的表面溫度,例如冶金過程中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度以及冶煉爐或坩堝中各種熔融金屬的溫度。根據這種特殊情況,測量物體表面的射率是相當困難的。為實現固體表面溫度的自動檢測和控制,可利用附加的反射鏡使被測表面形成黑體空腔。額外的輻射源的作用可以提高被測表面的有效輻射量和有效發射系數。通過儀器對所測量的溫度進行相應的修正,利用有效發射系數最終可以得到所測量表面的實際溫度。典型的wei附加反射面是半球反射面。半球形鏡球體中心附近被測表面的漫射輻射能反射回球體表面,形成附加輻射,從而提高了有效輻射系數:ε為材料表面發射率,ρ為反射率。對于測量氣體和液體介質的實際溫度,可采用插入耐熱材料管至一定深度,從而形成黑體腔體的方法。在與介質達到熱平衡后,通過計算得到圓筒腔體的有效發射系數。該值可用于自動測量與控制中,對被測腔底溫度(即介質溫度)進行校正,從而獲得介質的實際溫度。
無觸點測溫優勢:測溫上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因此原則上不限制無觸點的測溫。在溫度超過1800℃時,以非接觸測溫為主。伴隨著紅外技術的發展,輻射測溫從可見光逐步擴展到紅外,在700℃以下一直到常溫均采用,而且分辨率非常高。

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