溫度傳感器(temperature transducer)是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。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。
它的
敏感元件與被測對象互不接觸,又稱非接觸式測溫
儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對象的
表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布。
非接觸測溫優點:測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于1800℃以上的高溫,主要采用非接觸測溫方法。隨著
紅外技術的發展,輻射測溫 逐漸由可見光向紅外線擴展,700℃以下直至常溫都已采用,且
分辨率很高。
金屬膨脹原理設計的傳感器
金屬在環境溫度變化后會產生一個相應的延伸,因此傳感器可以以不同方式對這種反應進行信號轉換。
雙金屬片式傳感器
雙金屬片由兩片不同膨脹系數的金屬貼在一起而組成,隨著溫度變化,材料A比另外一種金屬膨脹程度要高,引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉換成一個輸出信號。
雙金屬桿和金屬管傳感器
隨著溫度升高,金屬管(材料A)長度增加,而不膨脹鋼桿(金屬B)的長度并不增加,這樣由于位置的改變,金屬管的線性膨脹就可以進行傳遞。反過來,這種線性膨脹可以轉換成一個輸出信號。
液體和氣體的變形曲線設計的傳感器
在溫度變化時,液體和氣體同樣會相應產生體積的變化。
多種類型的結構可以把這種膨脹的變化轉換成位置的變化,這樣產生位置的變化輸出(電位計、感應偏差、擋流板等等)。
金屬隨著溫度變化,其電阻值也發生變化。
對于不同金屬來說,溫度每變化一度,電阻值變化是不同的,而電阻值又可以直接作為輸出信號。
電阻共有兩種變化類型
正溫度系數
溫度升高 = 阻值增加
溫度降低 = 阻值減少
負溫度系數
溫度升高 = 阻值減少
溫度降低 = 阻值增加
由于熱電偶溫度傳感器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。
如果要進行可靠的溫度測量,首先就需要選擇正確的溫度儀表,也就是溫度傳感器。其中熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻(RTD)和溫度IC都是測試中最常用的溫度傳感器。
以下是對熱電偶和熱敏電阻兩種溫度儀表的特點介紹。
1、熱電偶
不過,電壓和溫度間是非線性關系,溫度由于電壓和溫度是非線性關系,因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量,并利用測試設備軟件或硬件在儀器內部處理電壓-溫度變換,以最終獲得熱偶溫度(Tx)。Agilent34970A和34980A數據采集器均有內置的測量了運算能力。
簡而言之,熱電偶是最簡單和最通用的溫度傳感器,但熱電偶并不適合高精度的的測量和應用。
2、熱敏電阻
熱敏電阻體積非常小,對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源,小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。
熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度, 有較好的精度,但它比熱偶貴, 可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ,每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的 0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的,但必須注意防止自熱誤差。
熱敏電阻還有其自身的測量技巧。熱敏電阻體積小是優點,它能很快穩定,不會造成熱負載。不過也因此很不結實,大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件,任何電流源都會在其上因功率而造成發熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中,將導致永久性的損壞。
通過對兩種溫度儀表的介紹,希望對大家工作學習有所幫助。
2、測溫范圍的大小和精度要求;
3、測溫元件大小是否適當;
4、在被測對象溫度隨時間變化的場合,測溫元件的滯后能否適應測溫要求;
5、被測對象的環境條件對測溫元件是否有損害;
6、價格如保,使用是否方便。
溫度傳感器檢定規程:
2、《JJG833-2007標準組鉑銠10-鉑熱電偶檢定規程》
3、《JJG141-2000工作用貴金屬熱電偶檢定規程》
4、《JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規程》
5、《JJG368-2000工作用銅-銅鎳熱電偶檢定規程》
溫度傳感器檢定標準技術及指標:
1、測量準確度:0.01級;分辨率0.1uV和0.1mΩ;
2、掃描開關寄生電勢:≤0.4μV;
4、控溫穩定度:優于0.01℃/10min(油槽、水槽、低溫恒溫槽);0.2℃/min(管式檢定爐);
5、總不確定度:熱電偶檢定,測量不確定度優于0.7℃,重復性誤差<0.25℃;熱電阻檢定測量不確定度優于50mk,重復性誤差<10mk;
6、檢定數量:一次可同時檢熱電偶(1-8)支,一次可同時檢同線制熱電阻(1-7)支;
7、工作電源:AC220V±10%,50Hz,并有良好保護接地;
8、高溫爐功率:約2KW;
9、恒溫槽功率:約2KW;
10、微機測控系統功率:<500。
溫度傳感器檢定裝置功能和特點:
1、檢定K、E、J、N、B、S、R、T等多種型號的工作用熱電偶;
3、多路低電勢自動轉換開關,寄生電勢≤0.4μV;
4、控制1-4臺高溫爐;
5、溫場測試:可進行檢定爐、油槽、水槽、低溫恒溫槽的溫場測試;
6、線制轉換:可進行二線制、三線制、四線制電阻檢定;
7、軟件具有比對實驗、重復性實驗、溫場實驗等相關實驗功能;
8、在Windows2000/XP以上平臺,全中文界面,標準Windows操作系統,方便快捷??蓪崿F:
1)設備自檢、查線;
2)屏幕顯示并保存控溫曲線≤0.4μV;
3)檢測數據自動采集;
4)自動生成符合要求的檢定記錄;
5)自動保存檢定結果,且不可人工更改;
6)查詢各種熱電偶、熱電阻分度表及其它幫助;
7)熱電偶、熱電阻所有歷史檢定數據、控溫曲線查詢 統計及計量的智能化管理功能。
溫度傳感器在安裝和使用時,應當注意以下事項方可保證最佳測量效果:
1、安裝不當引入的誤差
2、絕緣變差而引入的誤差
如熱電偶絕緣了,保護管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良,在高溫下更為嚴重,這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾,由此引起的誤差有時可達上百度。
3、熱惰性引入的誤差
4、熱阻誤差
高溫時,如保護管上有一層煤灰,塵埃附在上面,則熱阻增加,阻礙熱的傳導,這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此,應保持熱電偶保護管外部的清潔,以減小誤差。
溫度是表征物體冷熱程度的物理量,是工農業生產過程中一個很重要而普遍的測量參數。溫度的測量及控制對保證產品質量、提高生產效率、節約能源、生產安全、促進國民經濟的發展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性,溫度傳感器的數量在各種傳感器中居首位,約占50%。
溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化,所以能作溫度傳感器的材料相當多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數變化的有:膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性能、頻率、光學特性及熱噪聲等等。隨著生產的發展,新型溫度傳感器還會不斷涌現。
由于工農業生產中溫度測量的范圍極寬,從零下幾百度到零上幾千度,而各種材料做成的溫度傳感器只能在一定的溫度范圍內使用。
溫度傳感器與被測介質的接觸方式分為兩大類:接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測介質保持熱接觸,使兩者進行充分的熱交換而達到同一溫度。這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測介質接觸,而是通過被測介質的熱輻射或對流傳到溫度傳感器,以達到測溫的目的。這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器。這種測溫方法的主要特點是可以測量運動狀態物質的溫度(如慢速行使的火車的軸承溫度,旋轉著的水泥窯的溫度)及熱容量小的物體(如集成電路中的溫度分布)。