温度传感器工作原理

温度传感器

工业生产中最常见的一种传感器就是温度传感器了。温度传感器将物体的温度转化为电信号输出。不同的温度传感器制作方法不同，常见的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。温度传感器的特点为，结构简单，测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。其发展大体经历了从分体式、模拟集成到智能型阶段。现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控制等多种功能。
   
热电偶有标准热电偶和非标准热电偶两种，标准热电偶严格遵循热电势与温度之前的关系，并有统一的分度号，其误差也在允许范围之内。非标准热电偶通常是根据特殊测量需要制作而成的，它没有测量范围上没有统一的标准，也没有分度号。

热电阻用得最多的当属铂电阻和铜热电阻，铂电阻测量温度范围更大，精度更高。铂电阻和铜热电阻其电阻和温度变化值都有统一的标准。Rt=R0[1+α（t-t0）]，它只跟初始温度和材料温度系数有关。
   
现在用的智能集成型温度传感器采用单片机技术，里面装有多位模数信号转换器，其测量精度更高，分辨力更是高达0.03度，里面还可以集成日历时钟，实现多种测量模式之间切换，输出更具规范化和标准化，可以有效抑制周围环境对温度信号输出的干扰，使得测量值更加精确。
   
温度传感器输出的温度不是待测物现在的温度，通常会有一定的误差。对于需要精确测量的场合，需选用响应速度更快的传感器。在测量过程要保护要探头，探头的寿命远远低于整个测量系统的寿命，当输出不正确的时候要及时更换。在响应时间要求不高的场合，可以用专用套管将探头包裹起来，主要可以延长探头的使用时间，不过这样会影响测量精度，两者之间需权衡好。很多热敏电阻表面都有涂敷层，要保护涂敷层不被损坏，涂敷层具有传温和保护里面元件的作用，可以防潮防腐蚀。

温度传感器的分类

 温度传感器就是应用了物质的各种的物理性质随着温度的变化呈现出的规律,然后将感受到的温度转换成为可以利用的输出信号的传感器。按照测量方式的不同可以把它分为接触式的与非接触式的两大类。下面来介绍一下这两大类传感器。

接触式温度传感器
   
由于这种传感器的检测部分跟被测物体之间有良好的接触，所以通常又把它称作温度计。它是通过传导又或者是对流达到了热平衡的状态，使它的显示值可以直接地表示被测物体的温度的情况。一般来说，它的测量的精度是比较高的。在一定的温度内，它甚至能够测量出物体内部的温度的分别情况。但是如果测量的是运动的物体、热容量很小的物体或者是小目标的话，测量结果都会有比较大的误差，经常使用的温度计有压力式温度计、电阻式温度计、双金属温度计和玻璃液体温度计等等。它们在商业、农业还有工业上的应用都是非常广泛的，甚至在平时的生活中，人们都经常用到这些温度计。在电子、医药、冶金、国防工程和食品等部门，低温技术的应用越来越广泛了，还有对超导技术的大力研究，现在要测量低于120K的温度的低温温度计已经得到了很好的发展，例如：声学温度计、低温热温度计、蒸汽压温度计还有低温气体温度计等等。低温温度计需要感温的元件体积要小、稳定性和复现性要好和准确度要高。渗碳玻璃热电阻式利用多孔的高硅氧玻璃渗碳烧结形成的低温温度计中的一种感温的元件，它可以用来测量1.6～300K这个温度范围内的温度。

非接触式温度传感器
   
它可以用来测量运动的物体、热容量小的、温度变化非常迅速的或者小目标的物体的表面的温度，同时也可以用来测量温度场内的温度的分布。被测物体跟它的敏感元件之间是没有接触的，所以它又被称作非接触式测温仪表。现在最经常使用的非接触式测温仪是根据黑体辐射的基本规律工作的，被称作辐射测温仪表。辐射测温法有下面几种：比色法、辐射法还有亮度法。而上述的方法只可以测量出相对应的比色温度、辐射温度还有光度温度。可是，只有对黑体测量的有关温度才是真正的温度。
   
非接触式温度传感测量温度的优点主要有：对于高于1800℃的温度，一般都是使用非接触测温方法的；它的测量上限是不会受到感温元件的耐温程度的限制的，因此对于测量最高的温度，原则上也是没有限制的；现在红外技术发展越来越好，而辐射测温由可见光向渐渐地向红外线扩展，低于700℃的直至常温它都可以测量的，而且它的分辨率非常的高。

PN结温度传感器工作原理

半导体PN结温度传感器是利用晶体二极管或三极管PN结的结电压随温度变化的原理制成的。二极管温度传感器的特性是随着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小，故成负温度系数；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一般在20°C附近，温度每升高1°C，其正向压降减小2～2.5mV，基本上呈线性关系，比例系数约为-2mV/K。PN结的反向电流是随温度呈指数规律变化，硅二极管的电流方程为：

I=I0eqv/2KT    I0=f(T)T3/2e-Eg/2KT

I=f(T)T3/2e(qv-Eg)/2KT

令S=f(T)T3/2

V=Eg/q-2KT/q(LnS-LnI)

VF=Vgo-C1KT/q

PN结温度传感器的优点在于具有较好的线性度、尺寸小、响应快、灵敏度高。但它的测温范围比较窄，一般在-50到150℃

温度传感器工作原理

温度传感器是通过测量物体的某些参数随着温度的变化而间接测量温度的。一个好的温度传感器要有应具备很多条件，比如温度范围宽、精度高、响应快、可靠性好、价格低等。温度传感器有接触型和非接触型两类，接触型温度传感器价格低、响应速度慢、结构简单等特点，非接触型温度传感器响应速度快，还可以应该用测量高温、有腐蚀性的场合。
 

温度传感器按工作原理分有:

一、膨胀式温度计   

膨胀式温度计是利于物体热胀冷缩的原理制作而成的，它可以测量大约-200-500摄氏度的物体。常用的体温计就是这个类型。

二、电阻式温度传感器   

电阻式温度传感器是利用导体或半导体在温度场内，随着温度的变化，阻值会改变的原理做成的，我们知道的铂电阻、铜热电阻都属于导体类，半导体类的主要有热敏电阻。它的测量范围可达到1000摄氏度。

三、热电偶温度传感器   

热电偶工作原理基于热电效益，把两种不同的导体组成闭合回路，由于两点温度不同，会形成热电动势，热电动势只与导体材料、温度有关。热电偶温度传感器的测量范围就比较宽，可以达到-300-2800摄氏度。

四、集成温度传感器   

集成温度传感器是把感温元件、放大电路、补偿电路等集成在一块很小芯片上的温度传感器，它是目前发展最快的温度传感器，它的优点在于线性度好、响应快、输出规范化，缺点在于测量范围窄，一般在-50-150摄氏度，这主要跟元器件的使用条件有关。