溫度傳感器的工作原理及選型指南

分類：技術(shù)中心 2378人瀏覽 2019-06-03

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溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)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。

溫度傳感器工作原理

1.金屬膨脹原理設(shè)計的傳感器

金屬在環(huán)境溫度變化后會產(chǎn)生一個相應(yīng)的延伸，因此傳感器可以以不同方式對這種反應(yīng)進行信號轉(zhuǎn)換。

①雙金屬片式傳感器

雙金屬片由兩片不同膨脹系數(shù)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(zhuǎn)換成一個輸出信號。

②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(zhuǎn)換成一個輸出信號。

2.液體和氣體的變形曲線設(shè)計的傳感器

在溫度變化時，液體和氣體同樣會相應(yīng)產(chǎn)生體積的變化。多種類型的結(jié)構(gòu)可以把這種膨脹的變化轉(zhuǎn)換成位置的變化，這樣產(chǎn)生位置的變化輸出（電位計、感應(yīng)偏差、擋流板等等）。

3.電阻傳感器

金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)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：

1）正溫度系數(shù)

溫度升高 = 阻值增加

溫度降低 = 阻值減少

2）負溫度系數(shù)

溫度升高 = 阻值減少

溫度降低 = 阻值增加

4.熱電偶傳感

熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在5～40微伏/℃之間。

由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，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(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。

電阻式溫度傳感器

溫度傳感器選型指南

(1)被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠距離測量和傳送。

(2)測溫范圍的大小和精度要求。

(3)測溫元件大小是否適當(dāng)。

(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(yīng)測溫要求。

(5)被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。

溫度傳感器的選擇主要是根據(jù)測量范圍。當(dāng)測量范圍預(yù)計在總量程之內(nèi)，可選用鉑電阻傳感器。較窄的量程通常要求傳感器必須具有相當(dāng)高的基本電阻，以便獲得足夠大的電阻變化。熱敏電阻所提供的足夠大的電阻變化使得這些敏感元件非常適用于窄的測量范圍。如果測量范圍相當(dāng)大時，熱電偶更適用。最好將冰點也包括在此范圍內(nèi)，因為熱電偶的分度表是以此溫度為基準的。已知范圍內(nèi)的傳感器線性也可作為選擇傳感器的附加條件。

響應(yīng)時間通常用時間常數(shù)表示，它是選擇傳感器的另一個基本依據(jù)。當(dāng)要監(jiān)視貯槽中溫度時，時間常數(shù)不那么重要。然而當(dāng)使用過程中必須測量振動管中的溫度時，時間常數(shù)就成為選擇傳感器的決定因素。

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