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什么是温度传感器?有哪些类型

2018/9/25    来源:    作者:佚名  浏览次数:246
 在自然界中,温度是最基本的物理量,所有的过程都与温度密切相关。感应器是一种较早发展、应用广泛的感应器。在温度传感器领域,其市场占有率远远高于其他传感器。自十七世纪初,人们开始使用温度来测量。本世纪,在半导体技术的支持下,已先后研制出半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。据此,根据波与物质相互作用的规律,研制出了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
不同材料的两个导体,比如在一个地方相互连接,并对这个连接点加热,在他们不加热的地方就会产生电位差。这种电位差的数值是由测量点在未加热处的温度以及两种导体的材料所决定的。这一现象可以在很大的温度范围内发生,如果用精que测量这一电位差,再测一次周围无加热点的温度,就可以精确地知道加热点的温度。因为必须有两种不同材料的导体,所以被称为热电偶。采用不同材料制作的热电偶,其温度范围不同,其灵敏度也不同。热偶的灵敏度是指热点温度变化1℃时,输出电位差的变化。对多数金属材料支持的热电偶来说,温度范围在5~40微伏/℃之间。
热偶传感器具有自身的优点和缺点,由于其灵敏度较低,易受环境信号的干扰,也易受前置放大器温度漂移的影响,所以不适合用于微小温度变化的测量。因为热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关,所以可以用非常细的材料制成温度传感器。同时,由于热电偶所用的金属材料具有良好的可塑性,这种精密的温度测量元件具有极高的响应速度,能够测量快速变化的过程。
在各种各样的传感器中,温度传感器是最常用的一种,现代的温度传感器外形非常小巧,因此使其更广泛地应用于生产实践的各个领域,同时也为我们的生活提供了无数的方便和功能。
有四种主要的温度传感器:热电偶,热敏电阻,电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。集成电路温度传感器又分为两类:模拟输出和数字输出。
触点温度传感器的检测部分与被测物体接触良好,也称为测温仪。
温度表是通过导电或对流来实现热平衡的,因此温度表的示值可以直接表示被测物体的温度。通常的测量精度较高。温度计还可以在一定测温范围内测量物体内部温度分布。但是,对运动物体、小靶标或热容量较小的物体,其测量误差较大,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液温度计、压力温度计、电阻温度计、热敏电阻计及温差电偶等。在工业、农业、商业等部门得到了广泛的应用。这些温度计也经常用于日常生活中。由于低温技术在国防工程、航天、冶金、电子、食品、医药、石化等行业的广泛应用,以及超导技术的研究,使得低温气体温度计、蒸汽压力温度计、声学温度计、量子温度计、低温热电阻、低温温差电偶等120K以下的温度测量仪器得以发展。低温度表要求温度传感器体积小,精度高,复现性和稳定性好。由渗碳玻璃烧结而成的多孔高硅氧玻璃热电阻是低温温度计的感温元件,可在1.6~300K范围内进行温度测量。
无触点温度传感器的敏感元件与被测物体互不接触,也称为非接触式温度测量仪。这类仪器可用来测量移动物体的表面温度,小物体和热容量小的物体,或者温度快速变化(瞬变)的物体,或者温度场的温度分布。Chang使用的非接触式温度测量仪器是以黑体辐射的基本定律,即辐射温度测量仪器为基础。放射性测温方法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见色温计)。各种辐射测温方法只能测量相应的光度温度,辐射温度或色温。只有测量黑体(吸收所有辐射而不反射光的物体)的温度是真温度。要想确定物体的真实温度,必须对材料表面的发射率进行修正。而且材料的表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂层和显微组织等有关,因此很难精确测量。采用辐射测温技术进行自动化生产,通常需要测量或控制某些物体的表面温度,例如冶金过程中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度以及冶炼炉或坩埚中各种熔融金属的温度。根据这种特殊情况,测量物体表面的射率是相当困难的。为实现固体表面温度的自动检测和控制,可利用附加的反射镜使被测表面形成黑体空腔。额外的辐射源的作用可以提高被测表面的有效辐射量和有效发射系数。通过仪器对所测量的温度进行相应的修正,利用有效发射系数最终可以得到所测量表面的实际温度。典型的wei附加反射面是半球反射面。半球形镜球体中心附近被测表面的漫射辐射能反射回球体表面,形成附加辐射,从而提高了有效辐射系数:ε为材料表面发射率,ρ为反射率。对于测量气体和液体介质的实际温度,可采用插入耐热材料管至一定深度,从而形成黑体腔体的方法。在与介质达到热平衡后,通过计算得到圆筒腔体的有效发射系数。该值可用于自动测量与控制中,对被测腔底温度(即介质温度)进行校正,从而获得介质的实际温度。
无触点测温优势:测温上限不受感温元件耐温程度的限制,因此原则上不限制无触点的测温。在温度超过1800℃时,以非接触测温为主。伴随着红外技术的发展,辐射测温从可见光逐步扩展到红外,在700℃以下一直到常温均采用,而且分辨率非常高。

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