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一文读懂温度传感器

如果您要进行可靠的温度测量,就需要为您的应用选择正确的温度传感器。热电偶、热敏电阻、铂电阻(RTD)和温度IC是测试中最常用的温度传感器。

如果您要进行可靠的温度测量,就需要为您的应用选择正确的温度传感器。热电偶、热敏电阻、铂电阻(RTD)和温度IC是测试中最常用的温度传感器。

温度传感器工作原理

热电偶测温原理:

两种不同成分的导体(称为热电偶丝或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电动势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表连接,显示出热电偶所产生的热电动势,通过查询热电偶分度表,即可得到被测介质温度。

热电偶温度传感器

热电偶是温度测量中最常用的传感器。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,尤其最便宜。热电偶由在一端连接的两条不同金属。当热电偶一端受热时,热电偶电路中就有电势差。可用测量的电势差来计算温度。

由于电压和温度是非线性关系,因此需要为参考温度(Tref)作第二次测量,并利用测试设备软件和∕或硬件在仪器内部处理电压—温度变换,以最终获得热偶温度(Tx)。Agilent34970A和34980A数据采集器均有内置的测量了运算能力。

简而言之,热偶是最简单和最通用的温度传感器,但热偶并不适合高精度的应用。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。

热电阻测温原理:

热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的,即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此,只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。

热电偶温度传感器

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 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。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。

热敏电阻体积非常小,对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源,小尺寸也使它对自热误差极为敏感。

热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度, 有较好的精度,但它比热偶贵,可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ,每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的,但必须注意防止自热误差。

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。

铂电阻温度传感器

RTD是最精确和最稳定的温度传感器,它的线性度优于热偶和热敏电阻。但RTD是最贵的温度传感器。因此RTD最适合对精度有严格要求,而速度和价格不太关键的应用领域。 

测量技巧

使用5mA电流源会因自热造成2.5℃的温度测量误差。因此把自热误差减到最小是极为重要的。

4线测量更为精确,但需要两倍的引线和两倍的开关。

K型热电偶温度探头

K型热电偶温度探头是一种常用的温度测量器件,用于测量高温环境下的温度。它由两种不同金属(通常为镍铬合金和镍铝合金)组成的热电偶电极焊接在一起,成为一个封闭的热电回路。当温度变化时,热电偶产生的电压变化与温度呈线性关系,可以通过测量电压变化来确定温度。

K型热电偶温度探头的优点:

1.宽温度测量范围: 热电偶温度探头具有广泛的温度测量范围,通常可测量从-200°C至+1200°C的温度范围。

2.高精度与线性度: 具有较高的测量精度和线性度,能够提供准确的温度测量结果。

3.快速响应时间: 具有快速的响应时间,可以迅速反映温度变化,适用于对温度波动较快的应用场景。

4.耐高温性能: 热电偶温度探头能够在高温环境下工作,具备较好的耐高温性能。

5.耐腐蚀性能: 通常使用耐腐蚀的金属材料制成,能够在腐蚀性介质中进行准确的温度测量。

6.可靠性与耐久性: 具有较高的可靠性和耐久性,适用于各种工业环境和应用场景。

非接触式的温度传感器的优点:

1、由于和被测量介质不直接发生接触,所以不用考虑被接触介质的一些自身物理特性,例如:粘附、腐蚀、磨损等等都不会对传感器造成损害。而接触搜索式的就要面临这些问题的额外解决。

2、受空间局限性较小。对于一些距离较远不易接触到的被测量目标可以远距离测量温度。

3、对于一些不方便接触测量的目标可以实现测量,例如旋转机械、运动中的目标等等。

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