溫度傳感器種類及應用分析

溫度傳感器種類及應用分析

溫度傳感器的主要類型有：熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、電阻溫度檢測器（RTD）、IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出傳感器和數字輸出傳感器兩種類型。

熱電偶傳感器

熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應（Seebeckeffect）。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質的溫度。

熱電偶傳感器應用

熱電偶是兩種不同的導體連接在一起形成的，當測量及參考連接點分別處于不同溫度上時即產生出所謂的熱電磁力（EMF）。連接點用途測量連接點是處于被測溫度上的熱電偶連接點部分。參考連接點則是保持在一已知溫度上，或溫度變化能自動補償的熱電偶連接點部分。

在常規工業應用中，熱電偶元件一般端接在接頭上；但參考連接點卻很少位于接頭上，而是利用適當的熱電偶延伸線來轉接到溫度比較穩定的被控環境中。連接點類型接殼式熱電偶連接點與探針壁物理連接（焊接），這能實現很好的熱傳輸——即從外部通過探針壁將熱量傳至熱電偶連接點。建議用接殼式熱電偶來測量靜態或流動腐蝕性氣體與液體的溫度，以及一些高壓應用。在絕緣式熱電偶中，熱電偶連接點與探針壁分開并由一種軟性粉末包圍。雖然絕緣式熱電偶的響應速度比接殼式熱電偶的響應速度要慢，但它能提供電絕緣。建議使用絕緣式熱電偶來測量腐蝕性環境，可理想地通過護套屏蔽來將熱電偶與周圍環境*電絕緣。露端式熱電偶允許連接點頂端深入到周圍環境中，這種類型可提響應時間，但僅限于在非腐蝕、非危險及非加壓應用中使用。響應時間以時間常數來表示，時間常數定義為傳感器在被控環境中在初始值和值之間改變63.2%所需的時間。露端式熱電偶具有快的響應速度，而且探針護套直徑越小，則響應速度就越快，但其允許測量溫度也就越低。延伸線熱電偶延伸線是一對具有與其相連熱電偶相同溫度電磁頻率特征的線。當連接合適時，延伸線將參考連接點從熱電偶轉接至線的另一端，而這一端通常位于被控環境中。

選擇熱電偶選擇熱電偶時需考慮下列因素：

1、被測溫度范圍；

2、所需響應時間；

3、連接點類型；

4、熱電偶或護套材料的抗化學腐蝕能力；

5、抗磨損或抗振動能力；

6、安裝及限制要求等。

熱敏電阻傳感器

熱敏電阻傳感器主要元件是熱敏電阻，當熱敏材料周圍有熱輻射時，它就會吸收輻射熱，產生溫度升高，引起材料的阻值發生變化。

電阻溫度檢測器（RTD）

RTD通常用鉑金、銅或鎳。這幾種金屬的電阻-溫度關系如圖所示，它們的溫度系數較大，隨溫度變化響應快，能夠抵抗熱疲勞，而且易于加工制造成為精密的線圈。

RTD是目前精確和穩定的溫度傳感器。它的線性度優于熱電偶和熱敏電阻。但RTD也是響應速度較慢而且價格比較貴的溫度傳感器。因此RTD適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關鍵的應用領域。

電阻溫度檢測器（RTD）的應用

核電廠廣泛采用電阻溫度探測器測量溫度。RTD的測溫原理是：純金屬或某些合金的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度降低而減小。因此RTD有點像是一個溫電轉換器，把溫度變化轉化為電壓變化。適合RTD使用的金屬是在給定溫度范圍內保持穩定的純金屬。電阻-溫度變化關系好是線性的，溫度系數（溫度系數的定義是單位溫度引起的電阻變化）越大越好，而且要能夠抵抗熱疲勞，隨溫度變化響應靈敏。只有少數幾種金屬能夠滿足這樣的要求。

IC溫度傳感器

（1）模擬集成溫度傳感器

集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控測，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。目前在國內外仍普遍應用的一種集成傳感器，下面介紹一種具有高靈敏度和高精度的IC溫度傳感器—AN6701。