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- 溫度式傳感器原理解說
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/11/30
溫度傳感器應(yīng)用廣泛,涵蓋食品加工、HVAC 環(huán)境控制、醫(yī)療器械、化學(xué)品處理和汽車引擎罩下監(jiān)控(如冷卻劑、進(jìn)氣管、氣缸蓋溫度等)。溫度傳感器用于測(cè)量熱度,以確保某個(gè)過程在應(yīng)對(duì)極端高溫、危險(xiǎn)或無(wú)法接觸的測(cè)量點(diǎn)時(shí),要么能在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定,使應(yīng)用安全,要么滿足一個(gè)強(qiáng)制性條件的要求。
溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式傳感器包括與待測(cè)物體接觸的熱電偶和熱敏電阻,非接觸式傳感器則通過測(cè)量熱源產(chǎn)生的熱輻射來確定其溫度。非接觸式傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量,通常用于危險(xiǎn)環(huán)境。
溫度傳感器的類型
熱電偶
熱電偶 (TC) 是由兩種不同的非相似金屬組成的一對(duì)結(jié)。 其中,一個(gè)結(jié)代表參考溫度,另一個(gè)結(jié)則代表待測(cè)溫度。當(dāng)溫差產(chǎn)生電壓時(shí)熱電偶工作(賽貝克效應(yīng)),這個(gè)電壓由溫度決定并被轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)。TC 成本低廉、性能可靠、堅(jiān)固耐用且不需要電池,工作溫度范圍大,因此得以廣泛使用。熱電偶在 2,750°C 高溫下也能實(shí)現(xiàn)良好性能,甚至能在低至 –250° 的低溫以及達(dá)到 3,000°C 的高溫下短時(shí)工作。
熱電偶的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)包括:
• 測(cè)量自身溫度。
• 被測(cè)物體的溫度必須推測(cè)得出,用戶必須保證它們之間沒有熱流動(dòng)。
• 長(zhǎng)時(shí)間使用易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。 原因何在? 是否潮濕或者熱條件使導(dǎo)線絕緣失效,或者是否環(huán)境中存在化學(xué)品、核輻射或者機(jī)械干擾。
• 因?yàn)槭请姎鈱?dǎo)體,所以不能接觸其它電源。
• 不在結(jié)上測(cè)量。
• 比電阻式溫度計(jì)反應(yīng)迅速。
熱敏電阻
熱敏電阻類似熱電偶,使用簡(jiǎn)單,是現(xiàn)成的低成本、自適應(yīng)溫度傳感器。 然而,這些器件僅用于簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量,而非高溫應(yīng)用。 熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成,其電阻率對(duì)溫度尤其敏感。 熱敏電阻的電阻值隨著溫度的升高而減小,因此溫度變化時(shí)可預(yù)測(cè)電阻變化。 熱敏電阻大量應(yīng)用于浪涌電流限制器、溫度傳感器、自復(fù)位過流保護(hù)器和自調(diào)節(jié)熱元件中。
熱敏電阻與電阻式溫度探測(cè)器 (RTD) 有兩點(diǎn)不同:(1) RTD 采用純金屬材料;(2) 兩者的溫度響應(yīng)方式不同。 根據(jù) K 值的正負(fù),熱敏電阻分為兩類(該函數(shù)引用了 Steinhart-Hart 熱敏電阻方程,將熱敏電阻的電阻值轉(zhuǎn)換為開氏溫度值)。 如 K 值為正,則電阻值隨著溫度升高而增大,該器件稱作正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻。 如 K 值為負(fù),則電阻值隨著溫度升高而減小,該器件稱作負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻。
我們以 GE 的 MA 型系列熱敏電阻組件為例來考察 NTC 熱敏電阻,該系列專用于間歇或者連續(xù)監(jiān)測(cè)患者體溫。 這種應(yīng)用要求設(shè)備具有可重復(fù)性和快速響應(yīng)性能,尤其在用于嬰幼兒以及全身麻醉期間。
MA300利用了將患者皮膚作為體溫指示器這一便利,能有效地對(duì)患者進(jìn)行常規(guī)的連續(xù)體溫監(jiān)測(cè)。 所用的不銹鋼外殼可用于重復(fù)應(yīng)用和一次性應(yīng)用,同時(shí)保持了最大的患者舒適度。 25°C 時(shí)的標(biāo)稱電阻值為 2,252 Ω、3,000 Ω、5,000 Ω 和 10,000 Ω。
電阻式溫度探測(cè)器
電阻式溫度探測(cè)器 (RTD) 是采用了特殊電阻器的溫度傳感器,該電阻器的電阻值會(huì)隨溫度的變化而變化。 RTD 器件以其精確性和可重復(fù)性而著稱,擁有非常寬的工作溫度范圍,其薄膜型為 -50°C 至 500°C,繞線型為 -200°C 至 850°C。
薄膜型 RTD 元件的基材上有一薄層鉑。 器件制造時(shí)采用了一種能形成一個(gè)電路的形式,且該電路經(jīng)調(diào)整后能產(chǎn)生一個(gè)特定的電阻值。 連接引線后進(jìn)行涂層處理,以保護(hù)薄膜層和連接部分。 相比之下,繞線元件可做成線圈并封裝在陶瓷或玻璃管中,或者直接纏繞到玻璃或陶瓷材料上。
我們以 Honewell 的 TD 系列為例討論 RTD,該系列可用于許多應(yīng)用,如 HVAC(房間、風(fēng)道、制冷劑溫度)、電機(jī)過載保護(hù)、汽車(空氣或油溫)。 在 TD 系列中,TD4A 液態(tài)溫度傳感器采用雙端子螺紋式陽(yáng)極氧化鋁外殼。 這種環(huán)境密封式液態(tài)溫度傳感器旨在簡(jiǎn)化安裝,如安裝在卡車一側(cè),但不是完全浸入式。 時(shí)間參數(shù)相同時(shí),靜止在空氣中的典型響應(yīng)時(shí)間為 4 分鐘,靜止在水中時(shí)則為 15 秒。
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