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溫度傳感器的工作原理

來源:北京錦正茂科技有限公司   2021年02月25日 14:14  


溫度是一個基本的物理量,自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是早開發(fā),應(yīng)用較多的一類傳感器。溫度傳感器的*大大超過了其他的傳感器。從17世紀初人們開始利用溫度進行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下,本世紀相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng),根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律,相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體,如在某點互相連接在一起,對這個連接點加熱,在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關(guān),和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn),如果測量這個電位差,再測出不加熱部位的環(huán)境溫度,就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體,所以稱之為熱電偶。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溫度變化1℃時,輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言,這個數(shù)值大約在5~40微伏/℃之間。

熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷,它靈敏度比較低,容易受到環(huán)境干擾信號的影響,也容易受到前置放大器溫度漂移的影響,因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān),用非常細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,這種細微的測溫元件有*的響應(yīng)速度,可以測量快速變化的過程。

溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中常用的一種,現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小,這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域中,也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。

溫度傳感器有四種主要類型:熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。

接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸,又稱溫度計。

溫度計通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_到熱平衡,從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi),溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差,常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術(shù)在*、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究,測量120K以下溫度的低溫溫度計得到了發(fā)展,如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學(xué)溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件,可用于測量1.6~300K范圍內(nèi)的溫度。

非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸,又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對象的表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布。

光纖溫度傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器,待測參數(shù)溫度與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后,導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強度、波長、頻率、相位等)發(fā)生變化,稱為被調(diào)制的信號光。再經(jīng)過光纖送入光探測器,經(jīng)解調(diào)后,獲得被測參數(shù)。

光纖溫度傳感器種類很多,但概括起來按其工作原理可分為功能型和傳輸型兩種。功能型光纖溫度傳感器是利用光纖的各種特性(相位、偏振、強度等)隨溫度變換的特點,進行溫度測定。這類傳感器盡管具有傳、感合一的特點,但也增加了增敏和去敏的困難。傳輸型光纖溫度傳感器的光纖只是起到光信號傳輸?shù)淖饔?,以避開測溫區(qū)域復(fù)雜的環(huán)境。對待測對象的調(diào)制功能是靠其他物理性質(zhì)的敏感元件來實現(xiàn)的。這類傳感器由于存在光纖與傳感頭的光耦合問題,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,且對機械振動之類的干擾比較敏感。



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