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接触式温度传感器

友驾用车百科 2024-05-28 21:50:33 22

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接触式温度传感器的特征:接触式温度传感器是一种用来测量物体表面温度的传感器。以下是一些接触式温度传感器的特征:1. 接触式:传感器需要直接接触物体表面,以测量其

接触式温度传感器的特征:接触式温度传感器是一种用来测量物体表面温度的传感器。以下是一些接触式温度传感器的特征:
1. 接触式:传感器需要直接接触物体表面,以测量其温度。这种接触能够提供更准确的温度测量结果。
2. 快速响应:接触式温度传感器能够快速测量温度变化并提供及时的反馈。这对于需要精确控制温度的应用非常重要。
3. 高精度:接触式温度传感器通常具有较高的测量精度,能够提供准确的温度数据。
4. 宽温度范围:接触式温度传感器能够在广泛的温度范围内工作,从低温到高温都可以提供可靠的温度测量。
5. 耐用性:接触式温度传感器通常具有良好的耐用性,能够在长时间使用中保持其准确性和可靠性。
6. 易于安装:接触式温度传感器通常具有简单的安装过程,在物体表面直接放置或固定即可。
7. 可多点测量:一些接触式温度传感器能够同时测量多个点的温度,这在某些应用中非常重要,例如热流分析等。
总的来说,接触式温度传感器具有高精度、快速响应、广泛的工作温度范围和耐用性等特点,适用于许多需要准确测量温度的应用领域。


拓展:温度传感器分类有哪些

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。温度传感器对于环境温度的测量非常准确,广泛应用于农业、工业、车间、库房等领域。温度传感器分类:按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。

1、接触式接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。

2、非接触式它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。非接触式温度传感器的优点是测量上限不受感温元件耐温程度的限制,因而对最高可测温度原则上没有限制。挑选温度传感器注意事项:1、被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。2、被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制,是否需要远距离测量和传送。

3、在被测对象温度随时间变化的场合,测温元件的滞后能否适应测温要求。

4、测温范围的大小和精度要求。

5、测温元件大小是否适当。


拓展:温度传感器分类

一、按测量方式可分为非接触式和接触式两大类:

1、非接触式温度传感器

它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。

非接触测温优点:测量上限不受感温元件耐温程度的限制,因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温,主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展,辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展,700℃以下直至常温都已采用,且分辨率很高。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。

在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度,如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下,物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制,可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正,最终可得到被测表面的真实温度。

最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射,从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率,ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量,则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度(即介质温度)进行修正而得到介质的真实温度。

2、接触式温度传感器

接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。

温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。

随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件,可用于测量1.6~300K范围内的温度。

二、按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。



拓展:一文搞懂温度传感器

什么是温度传感器?温度传感器是一种测量物体冷热程度的设备,以可读的形式通过电信号提供温度测量。比较常见的是热电偶电阻温度检测器。另外推荐下之前的一篇文章:总结了各种传感器的原理。

温度传感器类型

在实际应用中,有许多的温度传感器可以用,根据实际应用具有不同的特性,温度传感器由两种基本物理类型组成:

  • 接触式温度传感器类型——这些类型的温度传感器需要与被感测对象物理接触,并使用传导来监测温度变化。它们可用于在很宽的温度范围内检测固体液体气体
  • 非接触式温度传感器类型——这些类型的温度传感器使用对流和辐射来监测温度变化。它们可用于检测液体和气体,这些液体和气体随着热量的升高和冷在对流中沉降到底部而发射辐射能,或者检测以红外辐射(太阳)形式从物体传输的辐射能。

接触式和非接触式温度传感器进一步分为以下温度传感器,接下来将对这些温度传感器的原理进行解释

温度传感器原理

一、温度传感器工作原理--恒温器

恒温器是一种接触式温度传感器,由两种不同金属(如铝、铜、镍或钨)组成的双金属条组成。

两种金属的线性膨胀系数的差异导致它们在受热时产生机械弯曲运动。

恒温器实物图

一、温度传感器工作原理--双金属恒温器

恒温器由两种热度不同的金属背靠背粘在一起组成。当天气寒冷时,触点闭合,电流通过恒温器。当它变热时,一种金属比另一种金属膨胀得更多,粘合的双金属条向上(或向下)弯曲,打开触点,防止电流流动

双金属恒温器实物图

有两种主要类型的双金属条,主要基于它们在受到温度变化时的运动。有在设定温度点对电触点产生瞬时“开/关”或“关/开”类型动作的“速动”类型,以及逐渐改变其位置的较慢“蠕变”类型随着温度的变化。

双金属恒温器工作原理图

速动型恒温器通常用于我们家中,用于控制烤箱、熨斗、浸入式热水箱的温度设定点,也可以在墙上找到它们来控制家庭供暖系统。

爬行器类型通常由双金属线圈或螺旋组成,随着温度的变化缓慢展开或盘绕。一般来说,爬行型双金属条对温度变化比标准的按扣开/关类型更敏感,因为条更长更薄,非常适合用于温度计和表盘等。

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二、温度传感器工作原理--热敏电阻

热敏电阻通常由陶瓷材料制成,例如镀在玻璃中的镍、锰或钴的氧化物,这使得它们很容易损坏。与速动类型相比,它们的主要优势在于它们对温度、准确性和可重复性的任何变化的响应速度

大多数热敏电阻具有负温度系数(NTC),这意味着它们的电阻随着温度的升高而降低。但是,有一些热敏电阻具有正温度系数 (PTC),并且它们的电阻随着温度的升高而增加

热敏电阻实物图

热敏电阻的额定值取决于它们在室温下的电阻值(通常为 25 o C)、它们的时间常数(对温度变化作出反应的时间)以及它们相对于流过它们的电流的额定功率。与电阻一样,热敏电阻在室温下的电阻值从 10 兆欧到几欧姆不等,但出于传感目的,通常使用以千欧为单位的那些类型。

温度传感器示例 No1

以下热敏电阻在 25℃ 时的电阻值为 10KΩ,在 100℃时的电阻值为 100Ω 。当与 1kΩ 电阻器串联时,计算热敏电阻两端的电压降,从而计算两种温度下的输出电压 (Vout)跨过 12v 电源。

温度传感器示例图

25摄氏度

100摄氏度

通过将 R2 的固定电阻值(在我们的示例中为 1kΩ)更改为电位计或预设值,可以在预定的温度设定点获得电压输出,例如 60℃ 时的 5v 输出,并通过改变电位计获得特定的输出电压水平可以在更宽的温度范围内获得。

但是需要注意的是,热敏电阻是非线性器件,不同热敏电阻在室温下的标准电阻值是不同的,这主要是由于它们是由半导体材料制成的。热敏电阻随温度呈指数变化,因此具有 Beta 温度常数 ( β ),可用于计算任何给定温度点的电阻。

然而,当与串联电阻一起使用时,例如在分压器网络或惠斯通电桥型布置中,响应于施加到分压器/电桥网络的电压而获得的电流与温度成线性关系。然后,电阻两端的输出电压与温度成线性关系。

三、温度传感器工作原理--电阻式温度检测器(RTD)

RTD 精确的温度传感器,由高纯度导电金属(如铂、铜或镍)绕成线圈制成。RTD 的电阻变化类似于热敏电阻。也可提供薄膜 RTD。这些器件有一层薄薄的铂膏沉积在白色陶瓷基板上。

电阻温度检测器或RTD实物图

电阻式温度检测器具有正温度系数 (PTC),但与热敏电阻不同,它们的输出非常线性,可产生非常准确的温度测量值

但是,它们的热灵敏度非常差,即温度变化只会产生非常小的输出变化,例如 1Ω/ o C。

更常见的 RTD 类型由铂制成,称为铂电阻温度计PRT,其中最常见的是 Pt100 传感器,其在 0 ℃时的标准电阻值为 100Ω。缺点是铂价格昂贵,这种设备的主要缺点之一是其成本。

与热敏电阻一样,RTD 是无源电阻器件,通过使恒定电流通过温度传感器,可以获得随温度线性增加的输出电压。典型的 RTD 在 0 ℃ 时的基极电阻约为 100Ω,在 100 ℃ 时增加到约 140 Ω,工作温度范围在 -200 至 +600 ℃ 之间。

因为 RTD 是一个电阻设备,我们需要让电流通过它们并监控产生的电压。然而,当电流流过电阻线时,由于电阻线的自热引起的任何电阻变化, I2 R ,(欧姆定律)都会导致读数错误。为避免这种情况,RTD 通常连接到惠斯通电桥网络,该网络具有用于引线补偿和/或连接到恒流源的附加连接线

电阻式温度传感器实物图

四、温度传感器工作原理--热电偶

最常见的温度传感器之一包括热电偶,因为它们具有宽温度工作范围可靠性准确性简单性灵敏度。主要是由于其体积小。热电偶还具有所有温度传感器中最宽的温度范围,从低于 -200 ℃ 到远高于 2000 ℃ 。

热电偶通常由焊接或压接在一起的不同金属(例如铜和康铜)的两个接头组成。其中一个称为冷端,保持在特定温度,而另一个是测量端,称为热端。

在受到温度影响时,会在结上产生电压降。

热电偶是热电传感器,基本上由焊接或压接在一起的不同金属(例如铜和康铜)的两个接头组成。一个结保持在恒温,称为参考(冷)结,而另一个为测量(热)结。当两个结处于不同温度时,会在结上产生电压,用于测量温度传感器,如下所示。

热电偶实物图

热电偶结构

热电偶的工作原理非常简单和基本。当两种不同金属(例如铜和康铜)熔合在一起时,会产生“热电”效应,从而在它们之间产生只有几毫伏 (mV) 的恒定电位差。两个结之间的电压差称为“塞贝克效应”,因为沿导线产生温度梯度,从而产生电动势。那么热电偶的输出电压是温度变化的函数。

如果两个结处于相同温度,则两个结之间的电势差为零,换句话说,没有电压输出,因为V1 = V2。但是,当结点连接在电路中并且都处于不同温度时,将检测到相对于两个结点之间的温差V1 – V2的电压输出。这种电压差会随着温度的升高而增加直到达到结的峰值电压水平,这是由所使用的两种不同金属的特性决定的。

热电偶放大

需要仔细选择放大器的类型,无论是离散的还是运算放大器的形式,因为需要良好的漂移稳定性来防止热电偶频繁地重新校准。这使得斩波器和仪表类型的放大器更适合大多数温度传感应用。

热电偶放大图

五、基于半导体的温度传感器

基于半导体的温度传感器与双集成电路 (IC) 一起工作。它们包含两个具有温度敏感电压和电流特性的类似二极管,以有效测量温度变化。

但是,它们提供线性输出,但在 1 °C 至 5 °C 时精度较低。它们还在最窄的温度范围(-70 °C 至 150 °C)内表现出最慢的响应速度(5 秒至 60 秒)。

五、基于半导体的温度传感器--0V型振弦式温度传感器

0V型振弦式温度计用于测量混凝土结构或水中的内部温度。它的分辨率优于 0.1°C,工作原理类似于热电偶温度传感器。它还具有 -20 o至 80 o C的高温范围。

0V型振弦式温度计实物图

五、基于半导体的温度传感器--ETT-10TH 型电阻热敏电阻探头

ETT-10TH 型电阻温度探头是一种低质量防水温度探头,用于测量 –20 至 80°C 之间的温度。由于其低热质量,它具有快速响应时间

ETT-10TH型电阻温度探头专为测量钢材表面温度和测量混凝土结构表面温度而设计。ETT-10TH 可以嵌入混凝土中,用于测量混凝土内部的整体温度,甚至可以在水下工作

ETT-10TH 电阻温度探头是完全可互换的。在指定的工作温度范围内,温度读数的差异不会超过 1°C。这允许单个指示器与任何 ETT-10TH 探头一起使用而无需重新校准。

ETT-10TH 型电阻温度探头实物图

ETT-10TH 型电阻热敏电阻探头如何工作?

ETT-10TH 温度探头由一个电阻-温度曲线匹配的热敏电阻环氧树脂封装在铜管中,以实现更快的热响应和环境保护。管子的尖端是扁平的,因此它可以固定在任何相当平坦的金属或混凝土表面上,以测量表面温度

借助容易获得的两部分环氧树脂粘合剂,探头的扁平尖端可以固定在大多数表面上。如果需要,探头也可以用螺栓固定在结构表面上。

五、基于半导体的温度传感器--ETT-10PT 型 RTD 温度探头

ETT-10PT RTD(电阻温度检测器)温度探头由具有 DIN IEC 751(原 DIN 43760)欧洲曲线校准的陶瓷电阻元件 (Pt. 100) 组成。电阻元件安装在封闭端坚固的不锈钢管中,可保护元件免受湿气影响。

ETT-10PT RTD(电阻温度检测器)温度探头实物图

ETT-10PT 型 RTD 温度探头如何工作?

电阻温度探头的工作原理传感器电阻是感测温度的函数。铂 RTD 具有非常好的准确度、线性度、稳定性和可重复性。

ETT-10PT 型电阻温度探头配有三芯屏蔽电缆。红线提供一个连接,两根黑线一起提供另一个。因此,实现了对引线电阻和引线电阻温度变化的补偿。使用数字 RTD 温度指示器可以轻松读取电阻温度传感器读数。

ETT-10PT 型 RTD 温度探头实物图

原文链接:
https://mp.weixin.qq.com/s/6tLzNa9h3R3OdfmW3DyYMg

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原文链接:一文搞懂温度传感器

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