溫度傳感器種類(lèi)及應用分析

溫度傳感器種類(lèi)及應用分析

溫度傳感器的主要類(lèi)型有：熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、電阻溫度檢測器（RTD）、IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出傳感器和數字輸出傳感器兩種類(lèi)型。

熱電偶傳感器

熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動(dòng)勢信號，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì )有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢——熱電動(dòng)勢，這就是所謂的塞貝克效應（Seebeckeffect）。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據熱電動(dòng)勢與溫度的函數關(guān)系，制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時(shí)，可接入測量?jì)x表，測得熱電動(dòng)勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。

熱電偶傳感器應用

熱電偶是兩種不同的導體連接在一起形成的，當測量及參考連接點(diǎn)分別處于不同溫度上時(shí)即產(chǎn)生出所謂的熱電磁力（EMF）。連接點(diǎn)用途測量連接點(diǎn)是處于被測溫度上的熱電偶連接點(diǎn)部分。參考連接點(diǎn)則是保持在一已知溫度上，或溫度變化能自動(dòng)補償的熱電偶連接點(diǎn)部分。

在常規工業(yè)應用中，熱電偶元件一般端接在接頭上；但參考連接點(diǎn)卻很少位于接頭上，而是利用適當的熱電偶延伸線(xiàn)來(lái)轉接到溫度比較穩定的被控環(huán)境中。連接點(diǎn)類(lèi)型接殼式熱電偶連接點(diǎn)與探針壁物理連接（焊接），這能實(shí)現很好的熱傳輸——即從外部通過(guò)探針壁將熱量傳至熱電偶連接點(diǎn)。建議用接殼式熱電偶來(lái)測量靜態(tài)或流動(dòng)腐蝕性氣體與液體的溫度，以及一些高壓應用。在絕緣式熱電偶中，熱電偶連接點(diǎn)與探針壁分開(kāi)并由一種軟性粉末包圍。雖然絕緣式熱電偶的響應速度比接殼式熱電偶的響應速度要慢，但它能提供電絕緣。建議使用絕緣式熱電偶來(lái)測量腐蝕性環(huán)境，可理想地通過(guò)護套屏蔽來(lái)將熱電偶與周?chē)h(huán)境*電絕緣。露端式熱電偶允許連接點(diǎn)頂端深入到周?chē)h(huán)境中，這種類(lèi)型可提響應時(shí)間，但僅限于在非腐蝕、非危險及非加壓應用中使用。響應時(shí)間以時(shí)間常數來(lái)表示，時(shí)間常數定義為傳感器在被控環(huán)境中在初始值和值之間改變63.2%所需的時(shí)間。露端式熱電偶具有快的響應速度，而且探針護套直徑越小，則響應速度就越快，但其允許測量溫度也就越低。延伸線(xiàn)熱電偶延伸線(xiàn)是一對具有與其相連熱電偶相同溫度電磁頻率特征的線(xiàn)。當連接合適時(shí)，延伸線(xiàn)將參考連接點(diǎn)從熱電偶轉接至線(xiàn)的另一端，而這一端通常位于被控環(huán)境中。

選擇熱電偶選擇熱電偶時(shí)需考慮下列因素：

1、被測溫度范圍；

2、所需響應時(shí)間；

3、連接點(diǎn)類(lèi)型；

4、熱電偶或護套材料的抗化學(xué)腐蝕能力；

5、抗磨損或抗振動(dòng)能力；

6、安裝及限制要求等。

熱敏電阻傳感器

熱敏電阻傳感器主要元件是熱敏電阻，當熱敏材料周?chē)袩彷椛鋾r(shí)，它就會(huì )吸收輻射熱，產(chǎn)生溫度升高，引起材料的阻值發(fā)生變化。

電阻溫度檢測器（RTD）

RTD通常用鉑金、銅或鎳。這幾種金屬的電阻-溫度關(guān)系如圖所示，它們的溫度系數較大，隨溫度變化響應快，能夠抵抗熱疲勞，而且易于加工制造成為精密的線(xiàn)圈。

RTD是目前精確和穩定的溫度傳感器。它的線(xiàn)性度優(yōu)于熱電偶和熱敏電阻。但RTD也是響應速度較慢而且價(jià)格比較貴的溫度傳感器。因此RTD適合對精度有嚴格要求，而速度和價(jià)格不太關(guān)鍵的應用領(lǐng)域。

電阻溫度檢測器（RTD）的應用

核電廠(chǎng)廣泛采用電阻溫度探測器測量溫度。RTD的測溫原理是：純金屬或某些合金的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度降低而減小。因此RTD有點(diǎn)像是一個(gè)溫電轉換器，把溫度變化轉化為電壓變化。適合RTD使用的金屬是在給定溫度范圍內保持穩定的純金屬。電阻-溫度變化關(guān)系好是線(xiàn)性的，溫度系數（溫度系數的定義是單位溫度引起的電阻變化）越大越好，而且要能夠抵抗熱疲勞，隨溫度變化響應靈敏。只有少數幾種金屬能夠滿(mǎn)足這樣的要求。

IC溫度傳感器

（1）模擬集成溫度傳感器

集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問(wèn)世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價(jià)格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控測，不需要進(jìn)行非線(xiàn)性校準，外圍電路簡(jiǎn)單。目前在國內外仍普遍應用的一種集成傳感器，下面介紹一種具有高靈敏度和高精度的IC溫度傳感器—AN6701。