温度传感器的四种类型及原理
温度传感器的四种类型及原理
温度传感器的四种类型及原理，传感器也慢慢的在发展与完善，它具有一定的转换能量的作用，在各行各业我们其实都能看到传感器的身影，那么下面为大家分享温度传感器的四种类型及原理。
温度传感器的四种类型及原理1
1、接触式温度传感器
接触式温度传感器的检测元件与被测对象之间可以良好的接触。它通过传导或者对流使之达到热平衡状态,从而使温度计的显示数值能直接表示被测对象的温度。
2、非接触式温度传感器
非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触,这种传感器一般用于测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速的对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。
3、热电阻温度传感器
热电阻温度传感器是利用导体或者半导体的电阻值随其温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器。对于不同导体(半导体)来说,温度每变化一度,电阻值变化是不同的,而电阻值又可以直接作为输出信号。
4、热电偶传感器
热电偶是由两种不同成份的导体接合而成的回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生热电动势,这种现象叫做热电效应,这种电动势叫热电势。其中,直接用作测量介质温度的一端叫做测量端,另一端叫做补偿端;
补偿端与显示仪表连接,显示仪表会指出热电偶所产生的热电动势。不同材质制作出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也不相同。制作热电偶的金属材料必须具有很好的延展性,所以热电偶测温元件具有极快的响应速度,可以测量温度快速变化的过程
温度传感器的四种类型及原理2
1、热电偶的工作原理
当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为 T，称为工作端或热端，另一端温度为 TO，称为 自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生，如图 2-1(a)所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞 贝克效应。
与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连 接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二， 当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于 温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。
两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质 及在接触点的温度有关。
温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生 的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集 中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。
当回路断开时，在断开处 a，b 之间便有一电动势差△V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图 2-1(b)所示。并规定在冷端，当电流由 A 流向 B 时，称 A 为正极，B 为负极。实验表明，当△V 很小时，△V 与△T 成正比关系。定义△V 对△T 的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。
目前，国际电工委员会（IEC）推荐了 8 种类型的热电偶作为标准化热电偶，即为 T 型、E 型、J 型、K 型、N 型、B 型、R 型和 S 型。
2、热电阻的工作原理
导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的`温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。
纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。②电阻率高，热容量小，反应速度快。③材料的复现性和工艺性好，价格低。④在测温范围内化学物理特性稳定。目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。
3、红外温度传感器
在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于 0、75～100μm 的红外线，红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。
SMTIR9901/02 是荷兰 Smartec Company 生产的一款现在市场上应用比较广的红外传感器，它是基于热电堆的硅基红外传感器。大量的热电偶堆集在底层的硅基上，底层上的高温接点和低温接点通过一层极薄的薄膜隔离它们的热量，高温接点上面的黑色吸收层将入射的放射线转化为热能，由热电效应可知，输出电压与放射线是成比例的， 通常热电堆是使用 BiSb 和 NiCr 作为热电偶。此外，
SMT9902sil 内部嵌入以 Ni1000 温度传感器和一小视角的硅滤片，使得测量温度更加的准确。因为红外辐射特性与温度相关，可以使用不同的滤镜来测量不同的温度范围。成熟的半导体工艺是产品小型化，低成本化。为了满足某些应用，红外传感器开口视角可以设计成小至 7°。
4、模拟温度传感器
常见的模拟温度传感器有 LM3911、LM335、LM45、AD22103 电压输出型、AD590 电流输出型。
AD590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为 3~30V， 输出电流 223μA（-50℃）~423μA（+150℃），灵敏度为 1μA/℃。当在电路中串接采样电阻 R 时，R 两端的电压可作为输出电压。
注意 R 的阻值不能取得太大， 以保证AD590 两端电压不低于 3V。AD590 输出电流信号传输距离可达到 1km 以上。作为一种高阻电流源，最高可达 20MΩ，所以它不必考虑选择开关或 CMOS 多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。
5、逻辑输出型温度传感器
设定一个温度范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510 是其典型代表。
LM56 是 NS 公司生产的高精度低压温度开关，内置 1、25V 参考电压输出端。最大只能带 50μA 的负载。电源电压从 2、7~10V，工作电流最大 230μA，内置传感器的灵敏度为 6、2mV/℃，传感器输出电压为 6、2mV/℃×T+395mV。
6、数字式温度传感器
它采用硅工艺生产的数字式温度传感器，其采用 PTAT 结构，这种半导体结构具有精确的，与温度相关的良好输出特性。PTAT 的输出通过占空比比较器调制成数字信号，占空比与温度的关系如下式：DC=0、32+0、0047*t，t 为摄氏度。
输出数字信号故与微处理器 MCU 兼容，通过处理器的高频采样可算出输出电压方波信号的占空比，即可得到温度。该款温度传感器因其特殊工艺，分辨率优于 0、005K。测量温度范围-45 到 130℃，故广泛被用于高精度场合。
温度传感器的四种类型及原理3
一、温度传感器有哪几种
温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
（一）按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
1、接触式
接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。
温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差。
常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等，广泛应用于工业、农业、商业等部门。
2、非接触式
它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。
最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法。
非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。
（二）按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
1、热电阻
热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。
温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。
热敏电阻还有其自身的测量技巧。热敏电阻体积小是优点，它能很快稳定，不会造成热负载。不过也因此很不结实，大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件，任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中，将导致永久性的损坏。
2、热电偶
热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是最便宜的。电偶是最简单和最通用的温度传感器，但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。
二、各种温度传感器工作原理
1、热电偶传感器工作原理
当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端或冷端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。
与塞贝克有关的效应有两个，其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)。称为珀尔帖效应。其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时。导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应，两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。
2、电阻传感器工作原理
导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：
(1)、电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。
(2)、电阻率高，热容量小，反应速度快。
(3)、材料的复现性和工艺性好，价格低。
(4)、在测温范围内化学物理特性稳定。
目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。
3、红外温度传感器原理
在自然界中，当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在，就会不断地向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0、75～100μm的红外线，红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。
施得福测控技术
2024-04-25 广告
温度传感器是指能够感应温度并将温度转换成输出信号的传感器。 温度传感器是测温仪表的核心部件，种类繁多。 按测量方式可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类，按材料和电子元件的特性可分为热电阻和热电偶两大类。
1.接触式温度传感器：
接触式温度传感器的检测元件与被测物体接触良好。 它通过传导或对流使其达到热平衡状态，从而使温度计的显示值可以直接代表被测物体的温度。
2.非接触式温度传感器：
非接触式温度传感器的敏感元件不与被测物体接触。 该传感器一般用于测量运动物体、小型目标和热容量小或温度变化快的物体的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。 .
3.热电阻温度传感器：
热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随其温度变化的原理来测量温度的一种传感器。 对于不同的导体（半导体），当温度变化1度时，其电阻值变化不同，可以直接将电阻值作为输出信号。
4.热电偶传感器：
热电偶是通过连接具有不同组件的两个导体形成的回路。 当结温不同时，回路中会产生热电动势。 这种现象称为热电效应。 其中，直接用于测量介质温度的一端称为测量端，另一端称为补偿端； 补偿端接显示仪表，显示仪表会指出热电偶产生的热电动势。 不同材料制成的热电偶在不同的温度范围内使用，其灵敏度也不同。 用于制作热电偶的金属材料必须具有良好的延展性，因此热电偶测温元件具有极快的响应速度，可以测量温度急剧变化的过程。
