温度传感器的选用.doc

温度传感器的选用温度传感器1、温度传感器的分类1）接触式温度传感器特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。2）非接触式温度传感器特点：利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。表2-1 温度传感器的种类及特点测量方法传感器机理和类型测温范围特点接触式体积热膨胀玻璃水银温度计双金属片温度计气体温度计液体压力温度计-50350-50300-2501000-200350不需要电源，耐用；但感温部件体积较大接触热电势钨铼热电偶铂铑热电偶其他热电偶10002100501800-2001200自发电型，标准化程度较高，品种多，可根据需要选择；须进行冷端温度补偿电阻变化铂热电阻铜热电阻热敏电阻-200850-50150-50450标准化程度高；但需要接入桥路才能得到电压输出PN结结电压半导体集成温度传感器-50150体积小，线性好，2mV；但测量范围小温度颜色试温材料液晶-5013000100面积大，可得到温度图像；但易衰老，准确度低非接触式光辐射热辐射红外辐射温度计光学高温温度计热释电温度计光子探测器-80150050030000100003500响应快；但易受环境及被测体表面状态影响，标定困难2、温度传感器的物理原理1)、随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化2)、蒸气压的温度变化3)、电极的温度变化4)、热电偶产生的电动势5)、光电效应6)、热电效应7)、介电常数、导磁率的温度变化8)、物质的变色、融解9)、强性振动温度变化10）、热放射11）、热噪声 此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。3、热电偶传感器1)、测温原理热电效应：两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。 2)、热电偶的种类（1）普通型热电偶（2）铠装热电偶（缆式热电偶）铠装热电偶是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用。铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。 1-热电极；2-绝缘材料 3-金属套管 4-接线盒 5-固定装置铠装型热电偶 （3）薄膜热电偶 用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热电偶。测温范围为-200500。测量端既小又薄，热容量小，响应速度快。适用于测量微小面积上的瞬变温度。 薄膜热电偶 (4）表面热电偶 主要用于现场流动的测量，广泛用于纺织、印染、造纸、塑料及橡胶工业；探头有各种形状(弓形、薄片形等)，以适应于不同物体表面测温用。在其把手上装有动圈式仪表，读数方便。测量温度范围有0250和0600两种。 （5）防爆热电偶 在石油、化工、制药工业中，生产现场有各种易然、易爆等化学气体，这时需要采用防爆热电偶。它采用防爆型接线盒，有足够的内部空间、壁厚及机械强度，其橡胶密封圈的热稳定性符合国家的防爆标准。因此，即使接线盒内部爆炸性混合气体发生爆炸时，其压力也不会破坏接线盒，其产生的热能不能向外扩散传爆，可达到可靠的防爆效果。3)、热电偶组成材料及分度表八种国际通用热电偶：B:铂铑30铂铑6 R:铂铑13铂S:铂铑10铂 K:镍铬镍硅N:镍铬硅镍硅 E:镍铬铜镍J:铁铜镍 T:铜铜镍组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面的为负极。热电偶的热电动势与温度之关系表，称之为分度表。 几种常用热电偶的测温范围及热电势分度号名称测量温度范围1000热电势/ m VB铂铑30铂铑65018204.834R铂铑13铂-50176810.506S铂铑10铂-5017689.587K镍铬镍铬（铝）-270137041.276E镍铬铜镍（康铜）-2708004、热电阻式传感器金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测温的。 金属热电阻的主要材料是铂和铜。 热电阻广泛用来测量-220+850范围内的温度， 少数情况下，低温可测量至1K（-272），高温可测量至1000。1) 热电阻的主要技术性能 材料铂（WZP）铜（WZC）使用温度范围/-200+960-50+150电阻率/ ( m10-6)0.09810.1060.017(0100)间电阻温度系数（平均值）（1/）0.003850.00428化学稳定性在氧化性介质中较稳定，不能在还原性介质中使用，尤其高温情况下超过100易氧化特性特性近于线性、性能稳定、精度高线性较好、价格低廉、体积大应用适用于较高温度的测量，可作标准测温装置适用于测量低温、无水分、无腐蚀性介质的温度热电阻的主要技术性能2) 热电阻传感器的测量电路 热电阻传感器的测量电路一般使用电桥电路，如左图所示。由于工业用热电阻安装在生产现场，离控制室较远，因此热电阻的引线对测量结果有较大影响。为此，工业上常采用三线制接法，如右图所示。热电阻测温电桥原理 热电阻三线制电桥电路3) 热敏电阻传感器半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件。热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定工艺制成的感温元件。(1) 热敏电阻可分为三种类型，即： 正温度系数（PTC）热敏电阻 负温度系数（NTC）热敏电阻 在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（CTR）(2) 热敏电阻的应用 NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿 PTC突变型热敏电阻主要用作温度开关，PTC缓变型热敏电阻主要用于在较宽的温度范围内进行温度补偿或温度测量 CTR热敏电阻主要用作温度开关4) 集成温度传感器集成温度传感器工作原理及特点 集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。目前大量生产的集成温度传感器有电流输出型、电压输出型和数字信号输出型。其工作温度范围约在-50+150。电流型IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄膜工艺元件集成在一块芯片上,再通过激光修版微加工技术,制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电流正比于热力学温度，即1A/K；其次，因电流型输出恒流，所以传感器具有高输出阻抗。其值可达10M。这为远距离传输深井测温提供了一种新型器件。电压型IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故输出电压高、线性输出为10mV；另外,由于其具有输出阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长线传输。这类IC温度传感器特别适合于工业现场测量。5) 光纤温度传感器光纤温度传感器按其工作原理可分为两大类:功能型和非功能型。（1）功能型 功能型也称物性型或传感型，光纤在这类传感器中不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。该类传感器利用某种参数随温度而变化的特性作为传感器的主体，即将其作为敏感元件进行测温。三种应用光纤制作温度传感器的原理图（2）非功能型 下图是一个光纤端面上配置液晶芯片的光纤温度传感器。它是将三种液晶以适当的比例混合，在1045之间，颜色从绿到红，这种传感器利用了光的反射系数随颜色而变化的原理，精度为0.1。利用液晶的光纤温度传感器6) 红外温度传感器 任何物质的温度只要高于绝对零度，都能辐射红外线，物体的温度越高，辐射功率就越大。因此只要测量出物质所发射的辐射功率，就能确定物质的温度。 红外温度传感器一般包括光学系统、检测系统和转换电路；光学系统按结构不同分为热敏检测元件和光电检测元件，热敏元件应用最多的是热敏电阻，光电检测元件常用的是光敏元件，包括光敏电阻、光电池或热释电元件。 7) 铁氧体温度传感器锰-锌-铁和镍-锌-铁的氧化物烧结体具有很大的饱和磁通密度和磁导率，已获得广泛应用。然而这类材料温度超过居里温度TC就不再有铁磁性质。居里温度TC的高低是可以从成分上加以控制的，下图是锰-锌铁氧体在其中铁克分子含量保持为50%时，改变锰和锌的克分子含量对居里温度TC的影响。热敏铁氧体在居里温度之下，磁性能有突变。利用这一特点，不难构成位式作用的温度传感器。 8) 石英谐振温度传感器 天然石英晶体经过特定方向的切割后，具有十分稳定的谐振频率，但是沿另外一个方向切割，却可以使谐振频率有较大的温度系数，也就是其谐振频率能反映温度高低，现代工艺可以做到频率与温度成正比，利用这一特性可以测温。这种传感器在-80 250间的基本误差在(0.04 0