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  • 温度传感器

    温度传感器(temperature transducer)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。进入21世纪后,温度传感器正朝着高精度多功能、总线标准化、高可靠性安全性、开发虚拟传感器网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。温度传感器的总线技术也实现了标准化、可作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。按测量方式可分为接触式非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻热电偶两类。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 温度传感器 英文名: The temperature sensor

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    电子分类/温度传感器 编辑

    温度传感器温度传感器
    温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。
    按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
    按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻热电偶两类。
    按照温度传感器输出信号的模式,可大致划分为三大类:数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器模拟式温度传感器

    接触式类/温度传感器 编辑

    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。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计顺磁盐温度计量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件,可用于测量1.6~300K范围内的温度。

    非接触式/温度传感器 编辑

    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(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度,如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉坩埚中的温度。在这些具体情况下,物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制,可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正,最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射,从而提高有效发射系数:温度传感器式中ε为材料表面发射率,ρ为反射镜的反射率。至于气体液体介质真实温度的辐射测量,则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度(即介质温度)进行修正而得到介质的真实温度。

    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。

    硅温度类/温度传感器 编辑

    温度传感器目前分为传统温度传感器和基于硅的温度传感器。传统温度传感器包括热敏电阻电阻温度检测器和热电偶。这些器件是模拟器件,而温度传感器没有必要一定是模拟器件。基于硅的温度传感器能够精确输出其测量温度所代表的数字量。相比于需要外部信号调理电路和模数转换器的方法,这种方案简化了控制系统的设计。当两个相同的晶体管在集电极电流密度比恒定的情况下工作时,它们的基极-发射极电压差仅与绝对温度成正比。其他的温度传感器则基于采用二极管接法的晶体管的基极-发射极电压VBE的行为,此VBE随着温度反向变化,这个变化速率非常恒定,为-2mV/℃,但是对于不同的晶体管,VBE变化的绝对值也不同。为了补偿这种变化,可以在不同的IE值下比较ΔVBE。某些硅温度传感器产生模拟电压输出(VPTAT,即与绝对温度成正比的电压),而其他的温度传感器则将VPTAT转换为电流输出。在数字输出温度传感器中,放大检测晶体管的VBE,然后与带隙基准电压比较,并将结果输入到Σ-Δ或逐次逼近寄存器ADC中转换为数字输出,精度可以是13bit或16bit,其中最低有效位被用作符号位。一种可替换的数字输出方案是采用脉宽调制(PWM),其温度和脉冲的导通与截止时间的比例成正比。由于导通时间是固定的,因此这些传感器可以按照需要执行单次测量以使功耗最小。

    热电偶类/温度传感器 编辑

    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。
    种类
    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。

    热电阻类/温度传感器 编辑

    温度传感器列表温度传感器列表
    材料特性
    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:
    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,并已制作成标准测温热电阻。
    铂电阻
    铂电阻与温度之间的关系接近于线性(如右图),在0~630.74℃范围内可用下式表示Rt=R0(1+At+Bt2)在-190~0℃范围内为Rt=R0(1+At+Bt2十Ct3)。
    式中:RO、Rt为温度0°及t°时铂电阻的电阻值,t为任意温度,A、B、C为温度系数,由实验确定,A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2,C=-4.22×10-l2/℃3。由公式可看出,当R0值不同时,在同样温度下,其Rt值也不同。

    铜电阻
    在测温精度要求不高,且测温范围比较小的情况下,可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。在-50~150℃的温度范围内,铜电阻与温度成线性关系,其电阻与温度关系的表达式为Rt=R0(1+At)(2-3)式中,A=4.25×10-3~4.28×10-3℃为铜电阻的温度系数。

    模拟温度传感器/温度传感器 编辑

    传统的模拟温度传感器,如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控,在一些温度范围内线性不好,需要进行冷端补偿或引线补偿;热惯性大,响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比,具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点,而且它还将驱动电路信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上,有实际尺寸小、使用方便等优点。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。这里主要介绍该类器件的几个典型。

    A1温度传感器

    将被测环境温度转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流;

    低功耗、可靠性高;
    优良的抗干扰能力;
    拔插端子接口、标准导轨(35mm)安装;
    体积小、外型尺寸(mm):95(L)×37(W)×32(H);

    性能指标

    执行标准:IEC688:1992,QB/LF2007-1

    输入范围:0~100℃
    精度等级:≤0.5%.F.S
    整机功耗:≤0.5VA
    绝缘电阻:≥20MΩ(DC500V)
    响应时间:≤350mS
    工作环境:-10℃~50℃,20%~90%无凝露
    贮存环境:-40℃~70℃,20%~95%无凝露

    注意事项

    注意产品标签上的辅助电源信息,变送器的辅助电源等级和极性不可接错,否则将损坏变送器;
    变送器为一体化结构,不可拆卸,同时应避免碰撞和跌落;
    变送器在有强磁干扰的环境中使用时,请注意输入线的屏蔽,输出信号应尽可能短,集中安装时,最小安装间隔不应小于10mm;
    本系列变送器内部未设置防雷击电路,当变送器输入、输出馈线暴露于室外恶劣气候环境之中时,应注意采取防雷措施;
    本产品采用阻燃ABS塑料外壳封装,外壳极限耐受温度为+85℃,收到高温烘烤时会发生变形,影响产品性能。产品请勿在热源附近使用或保存,请勿把产品放进高温箱内烘烤;请勿损坏或者修改产品的标签、标志,请勿拆卸或改装变送器,否则将不再对该产品提供“三包”(包换、包退、包修)服务。

    AD590温度传感器

    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两端的电压可作为喻出电压。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。

    LM135/235/335温度传感器
    LM135/235/335系列是美国国家半导体公司(NS)生产的一种高精度易校正的集成温度传感器,工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K,具有小于1Ω的动态阻抗,工作电流范围从400μA到5mA,精度为1℃,LM135的温度范围为-55℃~+150℃,LM235的温度范围为-40℃~+125℃,LM335为-40℃~+100℃。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。

    输出型类/温度传感器 编辑

    在许多应用中,我们并不需要严格测量温度值,只关心温度是否超出了一个设定范围,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温度开关
    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。
    MAX6501/02/03/04温度监控开关
    MAX6501/02/03/04是具有逻辑输出和SOT-23封装的温度监视器件

    温度传感器6052
    开关,它的设计非常简单:用户选择一种接近于自己需要的控制的温度门限(由厂方预设在-45℃到+115℃,预设值间隔为10℃)。直接将其接入电路即可使用,无需任何外部元件。其中MAX6501/MAX6503为漏极开路低电平报警输出,MAX6502/MAX6504为推/拉式高电平报警输出,MAX6501/MAX6503提供热温度预置门限(35℃到+115℃),当温度高于预置门限时报警;MAX6502/MAX6504提供冷温度预置门限(-45℃到+15℃),当温度低于预置门限时报警。对于需要一个简单的温度超限报警而又空间有限的应用如笔记本电脑蜂窝移动电话等应用来说是非常理想的,该器件的典型温度误差是±0.5℃,最大±4℃,滞回温度可通过引脚选择为2℃或10℃,以避免温度接近门限值时输出不稳定。这类器件的工作电压范围为2.7V到5.5V,典型工作电流30μA。

    光纤温度/温度传感器 编辑

    温度传感器温度传感器
    光纤温度传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,待测参数温度与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位等)发生变化,称为被调制的信号光。再经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。
    光纤温度传感器种类很多,但概括起来按其工作原理可分为功能型和传输型两种。功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性(相位、偏振、强度等)随温度变换的特点,进行温度测定。这类传感器尽管具有传、感合一的特点,但也增加了增敏和去敏的困难。传输型光纤温度传感器的光纤只是起到光信号传输的作用,以避开测温区域复杂的环境。对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的。这类传感器由于存在光纤与传感头的光耦合问题,增加了系统的复杂性,且对机械振动之类的干扰比较敏感。

    适应应用/温度传感器 编辑

    温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器

    两种不同材质的导体,如在某点互相连接在一起,对这个连接点加热,在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关,和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现,如果精确测量这个电位差,再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时,输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5~40微伏/℃之间。

    热电偶传感器有自己的优点和缺陷,它灵敏度比较低,容易受到环境干扰信号的影响,也容易受到前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关,用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程。

    功能特点/温度传感器 编辑

    1,检定K、E、J、N、B、S、R、T等多种型号的工作用热电偶
    2,检定Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等各种工作用热电阻,玻璃液体温度计、压力式温度计、双金属温度计
    3,多路低电势自动转换开关,寄生电势≤0.4μV
    4,控制1-4台高温炉
    5,温场测试:可进行检定炉、油槽、水槽、低温恒温槽的温场测试6,线制转换:可进行二线制、三线制、四线制电阻检定
    7,软件具有比对实验、重复性实验、温场实验等相关实验功能

    8,在Windows2000/XP以上平台,全中文界面,标准Windows操作系统,方便快捷。可实现:

    a)设备自检、查线
    b)屏幕显示并保存控温曲线≤0.4μV
    c)检测数据自动采集
    d)自动生成符合要求的检定记录
    e)自动保存检定结果,且不可人工更改
    f)查询各种热电偶、热电阻分度表及其它帮助
    g)热电偶、热电阻所有历史检定数据、控温曲线查询统计及计量的智能化管理功能

    数字式类/温度传感器 编辑

    输出为占空比的数字温度传感器

    SMT16030是荷兰Smartec公司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,还具有分辨率极高的特点,可达到0.005K。测量温度范围-45到130℃,故适用于高精度的应用。

    MAX6575/76/77数字温度传感器

    如果采用数字式接口的温度传感器,上述设计问题将得到简化。同样,当A/D和微处理器的I/O管脚短缺时,采用时间或频率输出的温度传感器也能解决上述测量问题。以MAX6575/76/77系列SOT-23封装的温度传感器为例,这类器件可通过单线和微处理器进行温度数据的传送,提供三种灵活的输出方式--频率、周期或定时,并具备±0.8℃的典型精度,一条线最多允许挂接8个传感器,150μA典型电源电流和2.7V到5.5V的宽电源电压范围及-45℃到+125℃的温度范围。它输出的方波信号具有正比于绝对温度的周期,采用6脚SOT-23封装,仅占很小的板面。该器件通过一条I/O与微处理器相连,利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算出温度。
    可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器
    DS1612是美国达拉斯半导体公司生产的CMOS数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器,可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制,由于这些存储器具有不挥

    发性,因此一次定入后,即使不用CPU也仍然可以独立使用。DS1612传感器温度测量原理和精度:在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器(OSC1)和一个温度系数较小的振荡器(OSC2)。在温度较低时,由于OSC2的开门时间较短,因此温度测量计数器计数值(n)较小;而当温度较高时,由于OSC2的开门时间较长,其计数值(m)增大。如果在上述计数值基础上再加上一个同实际温度相差的校正数据,就可以构成一个高精度的数字温度传感器。该公司将这个校正值定入芯片中的不挥发存储器中,这样传感器输出的数字量就可以作为实际测量的温度数据,而不需要再进行校准。它可测量的温度范围为-55℃~+125℃,在0℃~+70℃范围内,测量精度为±0.5℃,输出的9位编码直接与温度相对应。DS1621同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的,由CPU生成串行时钟脉冲(SCL),SDA是双向数据线。通过地址引脚A0、A1、A2将8个不同的地址分配给各器件。通过设定寄存器来设置工作方式,并对工作状态进行监控。被测的温度数据被存储在温度传感器寄存器中,高温(TH)和低温(TL)阈值寄存器存储了恒温器输出(Tout)的阈值。现在,各种集成的温度传感器的功能越来越专业化。比如,MAXIM公司近期推出的MAX1619是一种增强型精密远端数字温度传感器,能够监测远端P-N结和其自身封装的温度。它具有双报警输出:ALERT和overt。ALERT用于指示各传感器的高/低温状态,OVERT信号等价于一个自动调温器,在远端温度传感器超上限时触发,MAX1619与MAX1617A完全软件兼容,非常适合于系统关断或风扇控制,甚至在系统“死锁”后仍能正常工作。美国达拉斯半导体公司的DS1615是有记录功能的温度传感器。器件中包含实时时钟、数字式温度传感器、非易失性存储器、控制逻辑电路以及串行接口电路。数字温度传感器的测量范围为-40℃~+85℃,精度为±2℃,读取9位时的分辨率是0.03125℃。时钟提供的时间从秒至年月,并对到2100年以前的闰年作了修正。电源电压为2.2V~5.5V,8脚SOIC封装。DS17775是数字式温度计及恒温控制器集成电路。其中包含数字温度传感器、A/D转换器、数字寄存器恒温控制比较器以及两线串行接口电路。供电电压在3V至5V时的测量温度精度为±2℃,读取9位时的分辨率是0.5℃,读取13位时的分辨率是0.03125℃。

    发展趋势/温度传感器 编辑

    现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段;(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件);(2)模拟集成温度传感器/控制器;(3)智能温度传感器。国际上新型温

    度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器,采用的是8位A/D转换器,其测温精度较低,分辨力只能达到1°C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器,所用的是9~12位A/D转换器,分辨力一般可达0.5~0.0625°C。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器,能输出13位二进制数据,其分辨力高达0.03125°C,测温精度为±0.2°C。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率,也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道智能温度传感器为例,它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27us、9us。进入21世纪后,智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。目前,智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化,所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。

    温度补偿/温度传感器 编辑

    温度传感器正向单片集成化的方向发展。但目前在测量较高温度时,集成温度传感器还不能取代传统的热电偶。热电偶测量温度时应进行冷端温度补偿。由于集成温度传感器测温精度高、线性和一致性好及外围电路简单,应用其实现热电偶冷端温度的自动补偿效果好。下面分别介绍了几种应用新型集成温度传感器的热电偶冷端温度补偿电路及校准方法。热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

    耐磨阻漏热电偶在热电偶内部采用卡死偶丝,彻底防止漏油或漏气。适用于生产现场存在高耐磨固体颗粒或流体,是炼油厂不可缺少的测温装置。

    工业用隔爆热电偶是一种温度传感器,在化学工业自控系统中应用极广,通过温度传感器,可将控制对象的温度参数变成电信号,传递给显示、记录和调节仪,对系统施行检测、调节和控制。在化工厂,生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体、蒸汽,如果使用普通的热电偶非常不安全,极易引起环境气体爆炸。因此,在这些场合必须使用隔爆热电偶作温度测量.

    多点热电偶:适用于生产现场存在温度梯度不显著,须同时测量多个位置或单个位置的多处测量。多点热电偶广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。

    温度传感器的类型如何判定/温度传感器 编辑

    首先,必须选择传感器结构,使敏感元件规定测量时间之内达到所测流体或被测表面温度。温度传感器输出仅仅敏感元件温度。实际上,要确保传感器指示温度即所测对象温度,常常很困难。

    容器中流体温度般用热电偶或热电阻探头测量,但当整系统使用寿命比探头预计使用寿命长得多时,或者预计会相当频繁拆卸出探头以校准或维修却能容器上开口时,容器壁上安装永久性热电偶套管。用热电偶套管会显著延长测量时间常数。当温度变化很慢且热导误差很小时,热电偶套管会影响测量精确度,但如果温度变化很迅速,敏感元件跟踪上温度迅速变化,且导热误差又能增加时,测量精确度就会受到影响。因此要权衡考虑维修性和测量精度这两因素。

    热电偶或热电阻探头全部材料都应与能和它们接触流体适应。使用裸露元件探头时,必须考虑与所测流体接触各部件材料(敏感元件、连接引线、支撑物、局部保护罩等)适应性,使用热电偶套管时,只需要考虑套管材料。

    电阻式热敏元件浸入液位变送器体及多数气体时,通常密封,至少要涂层,裸露电阻元件能浸入导电或污染流体中,当需要其快速响应时,将它们用于干燥空气和限几种气体及某些液位变送器体中。电阻元件如用停滞或慢速流动流体中,通常需某种壳体罩住以进行机械保护。

    当管子、导管或容器能开口或禁止开口,因能使用探头或热电偶套管时,通过外壁钳夹或固定表面温度传感器方法进和测量。确保合理测量精度,传感器必须与环境大气热隔离并与热辐射源隔离,且必须通过传感器适当设计与安装使壁对敏感元件热传导达到到最佳状态。

    温度传感器简单测量误差方法

    每个传感器都会有其不同的测量方法,而温度传感器单独使用进行测量的方法是,把传感器置于温度恒定的环境中,测定温度传感器在不同的温度值下显示的温度和准确温度之间的误差。需要注意的是,除了要单独测量温度传感器的误差,还要检测一下传感器的配合部分的误差,不同的环境,不同的焊接方法,不同的接线方式,都会导致有一定的误差,这些其它误差需要把它排除。就是把传感器和积算器同时测量,这样就需要根据不同的积算器的设计原理使用相应的测量方法,两种测量方法测得的误差结合就可以得到温度传感器的正确误差,公式需要根据你不同的需求,得出最符合你现况的测量误差的方法。

    如果要进行可靠的温度测量,首先就需要选择正确的温度仪表,也就是温度传感器。其中热电偶、热敏电阻、铂电阻(RTD)和温度IC都是测试中最常用的温度传感器。

    主要类型/温度传感器 编辑

    一、刺入(浸入)式探头。这种探头主要用来测量液体和固体的温度,探头的前端设计成针状,以便刺入。在使用过程中,假如探头的温度比实际测量物体的温度低,由能量守恒原理有,热能会从被测物体传导到探头上面;假如探头的温度比实际测量物体的温度高,这时热能则从探头传导到待测物体上面。此时,待测物体将被加热升温,所测得的温度是加温之后的物体温度。这种情况下就必须考虑探头与介质的比值,原因在于探头与介质的比值越好,更能精准的测得物体获取的能量,减小测量所产生的误差。我们要明确仪器测量的温度数值不是介质的温度,而是传感器的温度。减小测量误差的方式主要有:确保刺入或浸入的深度为探头直径的10到15倍;当待测介质为液体时,要尽量使其处于静止状态。

    二、空气温度探头。这种探头主要用于空气温度的测量,比如冷库、冷柜、空调室、通风场所等等,探头裸露于空气之中,所以很容易受气流扰动的影响,最好的解决方法是在气流为2-3m/s时,顺流轻移到探头上面,使温度达成平衡稳定。

    三、表面探头。这种探头主要用于物体表面温度的测量。使用的时候探头的前端得垂直于被测物体,和待测物体紧密接触。必须注意的是探头与被测物的接触面都必须平坦,否则容易引起测量误差。

    我们在设计温度传感器的时候,需有针对性的选择探头类型,设计出各种不同类型的产品,适用于多种场合。在使用的时候,要依据探头类型,合理的选择测量的方式,减小测量误差。

    工作原理/温度传感器 编辑

    温度传感器有四种主要类型:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

    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,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。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。JCJ105数字温度变送器采用智能数字电路处理,直接接收高性能数字温度传感器,产品具有LCD显示、数字通讯、模拟输出等诸多功能,可以方便地与上位机、PLC、智能仪表配套使用。

    技术参数:

    工作电源、输出信号:
    1、24VDC/AC--2、12VDC/AC(0~5V)输出
    1、24VDC/AC--(0~10V)输出
    1、24VADC--三线制(4~20)mA
    1、24VDC/AC--2、12VDC/AC--RS232或RS485
    输入信号:高性能温度传感器DS18B20
    最大测温范围:-55℃~+125℃
    测量精度:±0.5℃(-10℃~+85℃)
    显示方式:LCD显示

    产品选型:温度传感器。

    变送器结构形式:
    1、一体式结构即传感器内置于变送器内部,测温范围在-20-60℃内。
    2、分体式结构即传感器在变送器外部,通过线缆与变送器连接,温度传感器可选择各种封装形式温度探头。
    默认是JCJ100TWD数度温度传感。
    测量范围大于-20-60℃时采用分体式结构。
    变送器外形:120×80×42mm
    变送器工作环境:
    温度:-20~60℃相对湿度:5~90%RH(无凝露)
    接线示意图及外形尺寸图:

    应用场合:
    JCJ105数字温度变送器广泛应用于如楼宇、机房、档案馆、图书馆、生产车间、暖通空调、仓储、工业自动化、农业、环境监测等温度测量。

    7、智能移动温湿度监测器

    产品简介:

    随着传感技术和自动化控制技术的不断进步,促使各行各业都在发生着日新月异的变化。伴随着网络技术的发展,实现了远程通讯和监控,不过这些监控设备多以设计相对复杂、投入较大而且不宜移动而不能广泛的推广和应用。有没有和现在的无线移动通讯技术相结合,功能实用且易于普及的经济型监测设备呢?

    答案是肯定的。经过不懈努力,将无线移动技术和温湿度传感技术完美地融合在一起,率先推出智能移动温湿度监测器。智能移动温湿度监测器,采用目前使用率最高的手机短信互动的形式为用户提供最及时的监测信息。智能移动温湿度监测器内部设有信息处理和通讯功能,通过给内置一张GSM手机卡(暂不支持CDMA)来实现信息互动功能。不管您身在何处,只要移动网络覆盖到的地方,就能无线监测现场的温湿度。

    用户可以短信的形式向发送查询命令,或写入报警参数,一旦监测到温度或湿度出现异常,就会第一时间(网络正常情况下,反应时间小于10秒钟)向您发送最有价值的监测信息,当异常解除后,同样会发送如"报警解除”或“设备运行正常”等形式的信息给用户。除了可以提供最实效性的测量信息外,也可以根据用户的指令遥控现场的控制设备,如空调、加湿机,除湿机的启、停,其实您的手机除了一部移动电话外,这时还是一部遥控器。

    名词说明:

    1、超级管理员:这是针对“普通管理员”而言,作为超级管理员,用户可以对进行随意设置,如报警值,设备位置信息、单位、型号;授权普通管理员的手机号码(最多3个普通管理员),每台只设超级管理员一个。

    2、普通管理员:经过超级管理员授权的手机就是普通管员。普通管理员可以自动接收来自的监测数据,同时也可以发送查询指令来获取实时的监测信息。普通管理员不可以更改内部的参数,普通管理员最多是3个,它可以是三个号码也可以是同一个号码,这完全取决于“超级管理员”如何授权。

    装置检定/温度传感器 编辑

    温度传感器检定规程:
    1、《JJG229-2010工业铂、铜热电阻检定规程》

    2、《JJG833-2007标准组铂铑10-铂热电偶检定规程》

    3、《JJG141-2000工作用贵金属热电偶检定规程》

    4、《JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程》

    5、《JJG368-2000工作用铜-铜镍热电偶检定规程》

    温度传感器温度传感器检定标准技术及指标:

    1、测量准确度:0.01级;分辨率0.1uV和0.1mΩ;

    2、扫描开关寄生电势:≤0.4μV;

    3、温度范围:水槽:(室温+5~95)℃油槽:(95~300)℃低温恒温槽:(-80~100)℃高温炉:(300~1200)℃;

    4、控温稳定度:优于0.01℃/10min(油槽、水槽、低温恒温槽);0.2℃/min(管式检定炉);

    5、总不确定度:热电偶检定,测量不确定度优于0.7℃,重复性误差<0.25℃;热电阻检定测量不确定度优于50mk,重复性误差<10mk;

    6、检定数量:一次可同时检热电偶(1-8)支,一次可同时检同线制热电阻(1-7)支;

    7、工作电源:AC220V±10%,50Hz,并有良好保护接地;

    8、高温炉功率:约2KW;

    9、恒温槽功率:约2KW;

    10、微机测控系统功率:<500。

    温度传感器检定装置功能和特点:

    1、检定K、E、J、N、B、S、R、T等多种型号的工作用热电偶;

    2、检定Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等各种工作用热电阻,玻璃液体温度计、压力式温度计、双金属温度计;

    3、多路低电势自动转换开关,寄生电势≤0.4μV;

    4、控制1-4台高温炉;

    5、温场测试:可进行检定炉、油槽、水槽、低温恒温槽的温场测试;

    6、线制转换:可进行二线制、三线制、四线制电阻检定;

    7、软件具有比对实验、重复性实验、温场实验等相关实验功能;

    8、在Windows2000/XP以上平台,全中文界面,标准Windows操作系统,方便快捷。可实现:
    1)设备自检、查线;
    2)屏幕显示并保存控温曲线≤0.4μV;
    3)检测数据自动采集;
    4)自动生成符合要求的检定记录;
    5)自动保存检定结果,且不可人工更改;
    6)查询各种热电偶、热电阻分度表及其它帮助;
    7)热电偶、热电阻所有历史检定数据、控温曲线查询统计及计量的智能化管理功能。

    发展趋势/温度传感器 编辑

    近年来,随着智能手机、平板电脑等移动设备的迅速发展,其中内置的微机电系统(MEMS)的比例越来越高。“目前,我们公司的传感器每年的出货量已经超出了几千万片,全球业务增长幅度近年来都在40%左右。”总部位于瑞士的深圳盛思锐(Sensirion)公司总经理Paul Chia表示,作为全球领先的传感器制造商,盛思锐公司早在八年前就已经进入中国市场,并向中国厂商推广温湿度传感器。
    “我们的产品在中国市场主要分三大应用:第一是安防监控;第二是节能,普遍应用到家电,汽车等领域;第三则是舒适度,主要应用于消费类电子产品领域。”在2009年,盛思锐公司推出了一款当时世界上最小的数字湿度和温度传感器——SHT21,引起市场广泛关注。
    一直以来,盛思锐在推广温湿度传感器的过程中,都非常注重于宣传舒适度概念。“之前的客户只有温度的概念,而没有湿度概念。其实相对湿度是与温度密切相关的,只有对同一测量点的湿度和温度进行数据采集,才能保证相对湿度的准确性。”Paul Chia表示,人体对空气湿度的舒适感应空间较窄,因此需要通过感应器来感知湿度,随时补充或降低水分。
    在2009年,盛思锐公司推出了一款当时世界上最小的数字湿度和温度—SHT21,引起市场广泛关注。盛思锐是业内第一家将温、湿度传感器集成到一起的厂商。“我们不仅仅是提供一个感应器,而是把温度补偿和标定数据都集成在一个电路里面。我们的温湿度传感器在出厂前都经过完全标定,客户只需将其跟单片机通讯就可以直接采集到数据。
    ”据介绍,温湿度传感器作为电子技术和物理化学原理的复合技术,硬件因素只占其中50%,另一个重要因素则是标定。如果要保证测出来的值是准确的,则需要保证每次检测的标定值永远在一个固定范围内,这是非常难做到的。一般来说,由于标定需要大量的数据来测试,只有产品出货量越大,产品稳定性才会越好。“由于一些小型IC厂商出货量较小,所以很难保证测量数据的稳定性和精准度”。
    据了解,温湿度感应器目前主要分为电阻式、电容式两种,相对来说电容式的精准度比较好,感应速度非常快,但是在水分的侵蚀下容易氧化。由于盛思锐采用了独特的的电极分布和镀膜技术,使得感应器不仅不会氧化,还能很快吸收水分子。“基本上每一个厂家的湿度传感器都存在一个问题,进水容易损坏。
    我们的传感器在水分蒸发后可以迅速还原,电阻式传感器无法做到这一点。”针对手机市场,应用匮乏成普及最大阻碍Paul Chia认为,未来的传感器市场尤其是在消费电子及物联网等领域拥有广阔前景。当然在具体应用中,也面临一些需要解决的问题,“物联网方面,客户希望一块纽扣电池可以为传感器供电达4年之久,另外多种传感器的组网和无线传输方式也是一个问题。”但在手机行业的市场推广过程中,Paul Chia意识到,阻碍智能手机厂商采用温湿度传感器的主要原因,可能并非来自传感器本身。“我们的产品能提供温湿度参数,但是怎样使其转化为手机用户的有利信息?”在日本,针对温湿度传感器的应用开发已经走在了前列。
    盛思锐的温湿度传感器已被应用于日本某知名品牌手机当中。笔者猜测,相关数据可能会被NTT、DOCOMO等运营商卖给气象台或商家来进行分析。在中国,包括海尔、联想在内的手机厂商也开始了一些尝试,针对农村市场已经推出了可以显示温湿度的手机,可以帮助农民更便捷地了解气候变化。“未来我们还可能在一些针对老人的手持设备中加入温湿度传感器,提醒他们及时补充水分和调节空间温湿度。”在消费电子领域,温湿度传感器的传统应用是天气预报以及室内监测,例如盛思锐三年前在香港做的“weatherstation”,通过一个显示屏显示日期、时间、温度和湿度。手机中如果仅仅集成这种应用,消费者是否愿意为增加的成本买单?“在接触国内手机客户的过程中,他们对我们的产品其实很看好,唯一的疑问是手机还缺少相关应用。
    很遗憾的是,如果没有大型国际品牌手机厂商先使用,国内二、三线手机厂是不会贸然尝试的。”Paul Chia透露,近段时间他基本上遍访了国内排名前十位的智能手机厂商及IDH公司,但是最终还是确定先与日韩和欧美的几家国际品牌厂商开始合作。他同时表示,随着Windows 8、Android 4.0增加了对于温湿度传感器的API支持,相关的第三方应用开发者将可以在此基础上开发大量的应用软件。而一旦几家国际公司率先应用,将很快在国内形成更加完善的生态系统。
    当然,如果要针对中国手机市场,成本是不得不考虑的一个因素,目前温湿度传感器在成本上仍然过高。“我们也意识到手机行业很多时候‘兴奋点’在1美金以下,而目前业界同样产品的价格还达不到兴奋点,所以我们也在研发一些体积较小、功耗较小、成本较低的产品。”Paul Chia表示,用于消费类电子产品上的传感器精度可能并不需要达到那么高,他认为5%湿度精度、0.5℃温度精度已经可以满足客户需求。随着传感器价格的持续降低,相信未来不只是高端手机,包括中、低端的智能手机都会考虑加入这一功能。

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