什么是温度传感器?温度传感器原理是什么?一文带你全部搞懂

什么是温度传感器?温度传感器原理是什么?一文带你全部搞懂

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

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。

图片

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


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。


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。

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。


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


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