温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。1821年德国物理学家赛贝发明了把温度变成电信号的传感器,这就是后来的热电偶传感器。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、红外传感器和超声波传感器。
以下主要介绍常用的热电偶温度传感器。比如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,如燃烧和爆炸过程等。使用热电偶的时候,必须消除环境温度的波动对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中,有的使用冷端补偿器抵消这种影响。
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线性温度传感器使用指南
1.了解线性ntc温度传感器
线性温度传感器就是线性化输出的负温度系数(简称ntc)热敏元件,它实际上是一种线性温度-电压转换元件,就是说在通以工作电流(100ua)的条件下,元件的电压值随温度呈线性变化,从而实现了非电量到电量的线性转换。
2.认识线性ntc温度传感器的主要特点
这种传感器其主要特点就是在工作温度范围内温度-电压关系为一直线,这对于二次开发测温、控温电路的设计,将无须线性化处理,就可以完成测温或控温电路的设计,从而简化仪表的设计和调试。
3.了解线性ntc温度传感器的测温范围的规定
就总的而言,测温范围可在-200~+200℃之间,但考虑实际的需要,一般无须如此宽的温度范围,因而规定三个不同的区段,以适应不同封装设计,同时在延长线的选用上亦有所不同。而对于温度补偿专用的线性热敏元件,则只设定工作温度范围为-40℃~+80℃。完全可以满足一般电路的温度补偿之用。
4.理解温度系数s的含义
温度系数s是指在规定的工作条件下,传感器的输出电压值的变化与温度变化的比值,即温度每变化1℃传感器的输出电压变化之值: s=△v/△t(mv/℃)。
温度系数是线性温度传感器做为温度测量元件的物理基础,其作用与热敏电阻的b值相似,这个参数在整个工作温度范围内是同一值,即-2mv/℃,而且各种型号的传感器也是同一值,这一点传统的热敏电阻温度传感器是无可比拟的。