1、溫度傳感器的四種類型及原理

溫度傳感器的四種類型及原理

溫度傳感器的四種類型及原理，傳感器也慢慢的在發(fā)展與完善，它具有一定的轉(zhuǎn)換能量的作用，在各行各業(yè)我們其實(shí)都能看到傳感器的身影，那么下面為大家分享溫度傳感器的四種類型及原理。

溫度傳感器的四種類型及原理1

1、接觸式溫度傳感器

接觸式溫度傳感器的檢測(cè)元件與被測(cè)對(duì)象之間可以良好的接觸。它通過(guò)傳導(dǎo)或者對(duì)流使之達(dá)到熱平衡狀態(tài),從而使溫度計(jì)的顯示數(shù)值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。

2、非接觸式溫度傳感器

非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸,這種傳感器一般用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速的對(duì)象的表面溫度,也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。

3、熱電阻溫度傳感器

熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的電阻值隨其溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的一種傳感器。對(duì)于不同導(dǎo)體(半導(dǎo)體)來(lái)說(shuō),溫度每變化一度,電阻值變化是不同的,而電阻值又可以直接作為輸出信號(hào)。

4、熱電偶傳感器

熱電偶是由兩種不同成份的導(dǎo)體接合而成的回路,當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng),這種電動(dòng)勢(shì)叫熱電勢(shì)。其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做測(cè)量端,另一端叫做補(bǔ)償端;

補(bǔ)償端與顯示儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。不同材質(zhì)制作出的熱電偶使用于不同的溫度范圍,它們的靈敏度也不相同。制作熱電偶的金屬材料必須具有很好的延展性,所以熱電偶測(cè)溫元件具有極快的響應(yīng)速度,可以測(cè)量溫度快速變化的過(guò)程

溫度傳感器的四種類型及原理

1、熱電偶的工作原理

當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體 A 和 B 組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為 T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為 TO，稱為 自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，如圖 2-1(a)所示，即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為塞 貝克效應(yīng)。

與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)：其一，當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連 接處時(shí)，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀?duì)柼?yīng)；其二， 當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)于 溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應(yīng)。

兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢(shì) EAB(T，T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì) 及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。

溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生 的電勢(shì)，此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。無(wú)論接觸電勢(shì)或溫差電勢(shì)都是由于集 中于接觸處端點(diǎn)的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，熱電偶測(cè)量的熱電勢(shì)是二者的合成。

當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí)，在斷開(kāi)處 a，b 之間便有一電動(dòng)勢(shì)差△V，其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)一致，如圖 2-1(b)所示。并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由 A 流向 B 時(shí)，稱 A 為正極，B 為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)△V 很小時(shí)，△V 與△T 成正比關(guān)系。定義△V 對(duì)△T 的微分熱電勢(shì)為熱電勢(shì)率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。

目前，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦了 8 種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為 T 型、E 型、J 型、K 型、N 型、B 型、R 型和 S 型。

2、熱電阻的工作原理

導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過(guò)測(cè)量其阻值推算出被測(cè)物體的`溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。

純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：①電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。②電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。③材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價(jià)格低。④在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮琛?/span>

3、紅外溫度傳感器

在自然界中,當(dāng)物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，由于它內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的存在,就會(huì)不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于 0、75～100μm 的紅外線，紅外溫度傳感器就是利用這一原理制作而成的。

SMTIR9901/02 是荷蘭 Smartec Company 生產(chǎn)的一款現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣的紅外傳感器，它是基于熱電堆的硅基紅外傳感器。大量的熱電偶堆集在底層的硅基上，底層上的高溫接點(diǎn)和低溫接點(diǎn)通過(guò)一層極薄的薄膜隔離它們的熱量，高溫接點(diǎn)上面的黑色吸收層將入射的放射線轉(zhuǎn)化為熱能，由熱電效應(yīng)可知，輸出電壓與放射線是成比例的， 通常熱電堆是使用 BiSb 和 NiCr 作為熱電偶。此外，

SMT9902sil 內(nèi)部嵌入以 Ni1000 溫度傳感器和一小視角的硅濾片，使得測(cè)量溫度更加的準(zhǔn)確。因?yàn)榧t外輻射特性與溫度相關(guān)，可以使用不同的濾鏡來(lái)測(cè)量不同的溫度范圍。成熟的半導(dǎo)體工藝是產(chǎn)品小型化，低成本化。為了滿足某些應(yīng)用，紅外傳感器開(kāi)口視角可以設(shè)計(jì)成小至 7°。

4、模擬溫度傳感器

常見(jiàn)的模擬溫度傳感器有 LM3911、LM335、LM45、AD22103 電壓輸出型、AD590 電流輸出型。

AD590 是美國(guó)模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為 3~30V， 輸出電流 223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為 1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻 R 時(shí)，R 兩端的電壓可作為輸出電壓。

注意 R 的阻值不能取得太大， 以保證AD590 兩端電壓不低于 3V。AD590 輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到 1km 以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá) 20MΩ，所以它不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量的控制。

5、邏輯輸出型溫度傳感器

設(shè)定一個(gè)溫度范圍，一旦溫度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設(shè)備，此時(shí)可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510 是其典型代表。

LM56 是 NS 公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開(kāi)關(guān)，內(nèi)置 1、25V 參考電壓輸出端。最大只能帶 50μA 的負(fù)載。電源電壓從 2、7~10V，工作電流最大 230μA，內(nèi)置傳感器的靈敏度為 6、2mV/℃，傳感器輸出電壓為 6、2mV/℃×T+395mV。

6、數(shù)字式溫度傳感器

它采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用 PTAT 結(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)的良好輸出特性。PTAT 的輸出通過(guò)占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號(hào)，占空比與溫度的關(guān)系如下式：DC=0、32+0、0047*t，t 為攝氏度。

輸出數(shù)字信號(hào)故與微處理器 MCU 兼容，通過(guò)處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號(hào)的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于 0、005K。測(cè)量溫度范圍-45 到 130℃，故廣泛被用于高精度場(chǎng)合。

溫度傳感器的四種類型及原理3

一、溫度傳感器有哪幾種

溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。

（一）按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。

1、接觸式

接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。

溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。

常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。

2、非接觸式

它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。

最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法、輻射法和比色法。

非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫逐漸由可見(jiàn)光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。

（二）按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

1、熱電阻

熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。

溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。

熱敏電阻還有其自身的測(cè)量技巧。熱敏電阻體積小是優(yōu)點(diǎn)，它能很快穩(wěn)定，不會(huì)造成熱負(fù)載。不過(guò)也因此很不結(jié)實(shí)，大電流會(huì)造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會(huì)在其上因功率而造成發(fā)熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導(dǎo)致永久性的損壞。

2、熱電偶

熱電偶是溫度測(cè)量中最常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，而且結(jié)實(shí)、價(jià)低，無(wú)需供電，也是最 便宜的。電偶是最簡(jiǎn)單和最通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測(cè)量和應(yīng)用。

二、各種溫度傳感器工作原理

1、熱電偶傳感器工作原理

當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為TO，稱為自由端或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。

與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)，其一，當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)。稱為珀?duì)柼?yīng)。其二，當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)。導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)于溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應(yīng)，兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。

2、電阻傳感器工作原理

導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過(guò)測(cè)量其阻值推算出被測(cè)物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：

(1)、電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。

(2)、電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。

(3)、材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價(jià)格低。

(4)、在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。

目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮琛?/span>

3、紅外溫度傳感器原理

在自然界中，當(dāng)物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，由于它內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的存在，就會(huì)不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0、75～100μm的紅外線，紅外溫度傳感器就是利用這一原理制作而成的。

2、溫度傳感器的原理及應(yīng)用

溫度傳感器的原理是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)；應(yīng)用于工業(yè)、電子產(chǎn)品、生物醫(yī)學(xué)以及航天航空等領(lǐng)域。

溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)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(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，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(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為人們的生活提供了無(wú)數(shù)的便利和功能。

溫度傳感器的四種主要類型：

熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)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。

熱電偶：

溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。

熱敏電阻：

熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

電阻溫度檢測(cè)器（RTD）：

電阻溫度探測(cè)器（RTD）實(shí)際上是一根特殊的導(dǎo)線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常RTD材料包括銅、鉑、鎳及鐵合金。RTD元件可以是一根導(dǎo)線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或?yàn)R射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上。

IC溫度傳感器：

溫度IC是指溫度傳感的一種概念。溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)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(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。