溫度傳感器

   利用物質各種物理性質隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測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。溫度傳感器是早開發(fā)，應用廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大過了其他的傳感器。從17世紀初人們開始利用溫度進行測量。在半導體技術的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和IC集成溫度傳感器等接觸式溫度傳感器。與之相應，根據(jù)波與物質的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器等非接觸式溫度傳感器。

一、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。

溫度計通過傳導或對流達到熱平衡，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。

它們廣泛應用于工業(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。隨著低溫技術在工程、空間技術、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應用和導技術的研究，測量-153℃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、聲學溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結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-271.4℃～27℃范圍內(nèi)的溫度。

溫度計常用的有：

1、熱電阻

根據(jù)電阻的溫度效應而制，有隨溫度升高而變大的是正溫度系數(shù)，也有隨溫度升高而減小的是負溫度系數(shù)，使用時取其分壓放大后AD轉換即可。

熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量度是高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。

（1）熱電阻測溫原理及材料

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。各種熱電阻的測量范圍和優(yōu)缺點：

PT100/ PT1000型熱電阻：鉑電阻，溫度范圍-200～850℃。PT100（或PT1000）即0度時阻值為100歐姆（或1000歐姆），根據(jù)測量的精度選擇。金屬鉑材料的優(yōu)點是化學穩(wěn)定性好、能耐高溫，容易制得純鉑，又因其電阻率大，可用較少材料制成電阻，此外其測溫范圍大。它的缺點是：在還原介質中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆，并改變電阻與溫度之間的關系。

CU50型熱電阻：銅電阻，溫度范圍-50～150℃。銅熱電阻的價格便宜，線件度好，工業(yè)上在-50～+150℃范圍內(nèi)使用較多。銅熱電阻怕潮濕，易被腐蝕，熔點亦低。

（2）熱電阻的結構

精通型熱電阻：從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。

鎧裝熱電阻：由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，小可達φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；②機械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。

端面熱電阻：感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

隔爆型熱電阻：通過特殊結構的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。

（3）熱電阻測溫系統(tǒng)的組成

熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點：

①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。

2、熱電偶

利用不同金屬的熱效應，產(chǎn)生電勢差，其溫度范圍很寬，一般用來測量幾百度的溫度。

熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測元件。其優(yōu)點是：

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），高可達+2800℃（如鎢-錸）。

③構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。

（1）熱電偶測溫基本原理

兩種不同材質的導體，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，和這兩種導體的材質有關。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的導體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質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5～40mV／℃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。由于熱電偶的靈敏度與材料的粗細無關，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極高的響應速度，可以測量快速變化的過程。

（2）熱電偶的種類