温度传感器是一种可以感知温度并将其转化为可用输出信号的传感器。测温仪器的核心部是温度传感器,其种类多样。根据测量方法可分为接触式和非接触式两种,根据传感器的材料和部件特性可分为热阻和热电偶。
基本分类。
触点类型。
触点温度传感器的检测部分与被测物接触良好,也称为温度计。
温度表通过导电或对流实现热平衡,因此温度表的显示值可以直接显示被测物体的温度。
通常的测量精度很高。温度计还可以在一定的温度测量范围内测量物体内部的温度分布。但对于运动物体、小目标或热容量较小的物体,其测量误差较大,常用的测温仪有双金属测温仪、玻璃液测温仪、压力测温仪、阻力测温仪、热敏电阻仪及温差电偶等。广泛应用于工业、农业、商业等部门。这些温度计也常用于日常生活中。由于低温技术在国防工程、宇宙、冶金、电子、食品、医药、石化等行业的广泛应用,以及超导技术的研究,使低温气体温度计、蒸汽压力温度计、声学温度计、量子温度计、低温热阻、低温温差电偶等120K以下的温度计得以发展。低温表要求温度传感器体积小,精度高,复制性和稳定性好。由渗碳玻璃烧结而成的多孔高硅玻璃热阻是低温测温仪的感温元件,可在1.6~300K范围内进行测温。
没有触点。
其灵敏度高,与被测物体无接触,又称非接触式温度计。这种仪器可用于测量移动物体的表面温度、小物体和热容量小的物体或温度快速变化的物体或温度场的温度分布。
无接触温度计最常用的是基于黑体辐射的基本法则,称为辐射温度计。
放射性测温方法有明度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见色温计)。各种辐射测温方法只能测量相应的光温、辐射温或色温。只有测量黑体(吸收所有辐射而不反射光的物体)的温度才是真正的温度。要确定物体的真实温度,必须修正材料表面的发射率。此外,材料的表面发射率不仅取决于温度和波长,还取决于表面状态、涂层和显微组织等因素,因此很难进行准确的测量。采用辐射测温技术技术自动生产,通常需要测量或控制冶金过程中钢带的轧制温度、辊的温度、锻件的温度、冶炼炉或穴位中各种熔融金属的温度。根据这种特殊情况,很难测量物体表面的射击率。为了实现固体表面温度的自动检测和控制,可以利用附加的反射镜使被测表面形成黑体空腔。额外辐射源的作用可以提高被测表面的有效辐射量和有效发射系数。通过仪器对测量的温度进行相应的修正,利用有效的发射系数可以得到测量表面的实际温度。最典型的附加镜面是半球式反射器。半球形镜球体中心附近被测量表面的漫射能反射回球体表面,形成附加放射能,因此有效的放射能系数式中为材料表面表面的放射能率,所以醋是反射率。
测量气体和液体介质的实际温度,可以插入耐热材料管到一定深度,形成黑体腔体。与介质达到热平衡后,通过计算获得圆筒腔体的有效发射系数。该值可用于自动测量和控制,校正被测量室底温度(介质温度),获得介质的实际温度。
无触点测温优点:测量上限不受感温元件耐温度的限制,原则上不受最高可测温的限制。温度超过1800℃时,主要采用非接触测温。随着红外技术的发展,辐射测温从可见光逐渐扩展到红外,从700℃以下到常温采用,分辨率非常高。
运行方式。
传感器采用金属伸缩原理。
当环境温度发生变化时,金属会产生相应的延伸,使传感器能够以不同的方式进行信号转换。
双金属片式传感器。
双金属片由两个膨胀系数不同的金属片粘接而成,随着温度的变化,材料a比其他金属片膨胀,金属片弯曲。曲线曲线可转换成输出信号。
双金属棒和金属管式传感器。
金属管的长度(材料a)随温度的上升而增加,不膨胀的钢棒(金属b)不随温度增加,因此可以根据位置的变化实现金属管的线性膨胀。这种直线扩张器可以转换为输出信号。
采用液气传感器设计的变形曲线。
温度变化时,液体和气体也相应地变化体积。
各种结构可以将膨胀的变化转化为位置的变化,从而产生位置的变化输出(电位计、感应偏差、挡板等)。
阻力传感器。
当温度发生变化时,金属的电阻也会发生变化。
对于不同的金属,每次温度变化,电阻值就会变化,电阻值可以直接作为输出信号。
电阻器有两种变化类型。
正温度系数。
温度上升=阻抗增加。
变温=变阻。
负温度系数。
升温=阻值减小。
变温=电阻值增加。
温差电偶感应。
温差电偶由两条不同材料的金属线焊接在一端。再次测量没有加热点的环境温度,就能准确地知道有加热点的温度。必须有两种不同材料的导体,所以称为热电偶。不同材料制成的热电偶温度范围不同,灵敏度也不同。热偶灵敏度是指热点温度变化1℃时,输出电位差的变化。对于大多数金属材料支撑的热电偶来说,温度范围在5~40微伏/℃之间。
热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关,可以用非常细的材料制成温度传感器。同时,由于热电偶使用的金属材料具有良好的可塑性,这种精密的温度测量元件具有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程。
选择时请注意。
测量物体的温度是否需要记录、警报、自动控制、长距离测量、传输
温度测量范围的尺寸和精度要求;
测温元件尺寸是否合适;
在被测物体的温度随时间变化的情况下,测温元件的滞后能否满足测温的要求
五是测量物的环境条件是否损害测温元件
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基本用途。
在工业生产过程中,温度是表示物体冷热程度的物理量,是非常重要和常用的测量参数。测温和控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、保障生产安全、促进国民经济发展重要作用。由于测温方法的广泛性,温度传感器的数量在各种传感器中最多,约占50%。
通过改变物体随温度变化的特性,间接测量物体的温度。许多材料、零件的性能随温度而变化,能够制作温度传感器的材料也相当多。随着温度的增加,温度传感器的物理参数发生变化,如膨胀、电阻、电容器、电动势、磁性、频率、光学特性和热噪音等。新型温度传感器随着生产的发展而不断出现。
在工业农业生产中,温度的测量范围非常广泛,从零下百度到零上千度,各种材料制成的温度传感器只能用于一定的温度范围。
与测量介质接触的温度传感器分为接触型和非接触型两种。触点温度传感器需要保持与被测介质的热接触,使两者在达到相同温度时能够充分更换热量。这种传感器主要有电阻型、热电偶型、PN结型等。非接触式温度传感器不接触被测定介质,而是通过被测定介质的热辐射和热辐射传递给温度传感器,进行温度测定。这种类型的传感器主要是红外测温传感器。该测温方法的主要特点是能够测量运动状态物质的温度(如慢跑的列车轴承温度、旋转的水泥窑温度)和热容量小的物体(如集成电路中的温度分布)。
适用范围。
温差传感器是最早开发和应用最广泛的传感器类型。在温度传感器领域,其市场占有率远高于其他传感器。自17世纪初以来,人们开始使用温度来测量。本世纪以来,在半导体技术的支持下,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。
有两种不同材料的导体。