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工业用温度传感器简介

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  • 发布时间:2017/9/4 15:43:08
  • 作者:czy_yinhe

  温度作为国际单位制的七个基本量之一,是工业现场一种需要重点监控的参数。目前工业上常用的温度传感器有四类,分别为热电偶、热电阻RTD、热敏电阻及集成电路温度传感器。

热电偶

  热电偶属于温度测量中的接触式测量,是温度测量中应用最广泛的温度器件。主要特点是测温范围宽、性能比较稳定,同时结构简单、动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制与集中控制。热电偶的测温原理是基于热电势,将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,该热电势由温差电势和接触电势组成。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以他们产生的电势也不相同。接触电势是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。热电偶的测温范围在-270℃~1800℃。

热电阻

  热电阻同样属于温度测量中的接触式测量,它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,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。工业上常用的热电阻一般采用PT100、PT1000,热电阻适用于温度较低但是线性度要求较高的场合,测量温度在-200℃~800℃。热电阻测量中不能测量瞬时温度变化,并且需要激励电源。

  工业用热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。目前热电阻的引线主要有三种方式:

  (1)二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式,这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。

  (2)三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的。

  (3)四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。

热敏电阻

  热敏电阻是热电阻的一种,但是热敏电阻都是半导体电阻,这是因为半导体热电阻温度系数要比金属大10~100倍,能够检测出10-6℃的温度变化,热敏电阻测温范围在-55℃~315℃。按温度特性热敏电阻可分为两类,随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻,反之为负温度系数热敏电阻。

  (1)正温度系数热敏电阻以钛酸钡(BaTio3)为基本材料,再掺入适量的稀土元素,利用陶瓷工艺高温烧结而成。正温度系数热敏电阻具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢,具有恒温、调温和自动控温的功能,只发热,不发红,无明火,不易燃烧,电压交、直流3~440V均可,使用寿命长,非常适用于电动机等电器装置的过热探测。

  (2)负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料,采用陶瓷工艺制造而成。负温度系数热敏电阻类型很多,使用区分低温(-60~300℃)、中温(300~600℃)、高温(>600℃)三种,有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点,广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路,如冰箱、空调、温室等的温控系统。

集成温度传感器

  集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,把感温元件、膨胀电路、补偿电路等集成在一块很小芯片上的测温器件,具有线性好、响应快、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点,可以有效的弥补传统温度传感器的响应时间慢、热惯性大、高温线性度不好的缺陷。

  集成温度传感器按照输出信号分为数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。数字式温度传感器大多配有总线接口,具有地址和数据传输功能,克服了模拟信号在长距离传输过程中易受干扰、误差较大的缺陷。逻辑输出型温度传感器在使用时会设置温度范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭其它控制设备。模拟式温度传感器分为电流输出型与电压输出型,模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一,仅测量温度、测温误差小、价格低、响应速度快、不需要进行非线性校准,外围电路简单。