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温度传感器

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    温度是表征物体冷热程度的物理量,是工农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性,温度传感器的数量在各种传感器中居首位,约占50%。
    温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化,所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有:膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展,新型温度传感器还会不断涌现。
    由于工农业生产中温度测量的范围极宽,从零下几百度到零上几千度,而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。常用的测温传感器的种类与测温范围如下表所示。

温度传感器的种类与测温范围
测量原理 种类 测温范围(1℃) 特征
体积热膨胀 玻璃制水银温度计 -20—+350 不需要用电
玻璃制有机液体温度计 -100—+100
双金属温度计 0—+300
液体压力温度计 -200—+350
气体压力温度计 -250—+550
电阻变化 铜电阻 -50—+150 精度中等,价格低
铂电阻 -200—+600 精度高,价格贵
热敏电阻 低温-200—0 精度低,灵敏度高,价格最低
一般-50—+30
中温0—+700
热电效应 镍铬—考铜 0500(-200—+800) 测量范围宽,精度高,
需要冷端补偿
镍铬—镍硅 0800(-200—+1250)
铂铑10—铂 200—1400(0—1700)
铂铑30—铂铑 200—1500(100—1900)
P—N结结电压变化 半导体二极管 -150—+150(Si) 灵敏度高,线性度好,
二极管一类价格低
晶体管特性变化 晶体管 150—+150
半导体集成电路 -40—+150
压电反应 石英晶体振荡器 -100—+200 可作标准使用
频率变化 SAW振荡元件 0—+200
光学变化 光学高温度计 900—+2000 非接触测量
热辐射 辐射源温度传感器 100—+2000
磁性变化 热铁素体 -80—+150 在特定温度下变化
Fe-Ni-Cu合金 0—350
电容变化 BaSrT2O3陶瓷 -270—+150 温度与电容是倒数关系
物质颜色 示温涂料 0—1300 检测温度不连续
液晶 0—100 颜色连续变化

    温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类:接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触,使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触,而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器,以达到测温的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度(如慢速行使的火车的轴承温度,旋转着的水泥窑的温度)及热容量小的物体(如集成电路中的温度分布)。
    温度传感器的种类较多,我们介绍几种主要的温度传感器及应用电路。

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