易福門 溫度傳感器

接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。

溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。
一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國(guó)防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測(cè)量120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉取５蜏販囟扔?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測(cè)量1.6～300K范圍內(nèi)的溫度。

它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。

*常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。
輻射測(cè)溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見輻射高溫計(jì)）和比色法（見比色溫度計(jì)）。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(zhǎng)，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難**測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來測(cè)量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測(cè)量是相當(dāng)困難的。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測(cè)表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，*終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。*為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)式中ε為材料表面發(fā)射率，ρ為反射鏡的反射率。
至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測(cè)量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)測(cè)量和控制中就可以用此值對(duì)所測(cè)腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。

非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)*高可測(cè)溫度原則上沒有限制。對(duì)于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫 逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。

金屬膨脹原理設(shè)計(jì)的傳感器

金屬在環(huán)境溫度變化后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的延伸，因此傳感器可以以不同方式對(duì)這種反應(yīng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。

雙金屬片式傳感器

雙金屬片由兩片不同膨脹系數(shù)的金屬貼在一起而組成，隨著溫度變化，材料A比另外一種金屬膨脹程度要高，引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號(hào)。

雙金屬桿和金屬管傳感器

隨著溫度升高，金屬管（材料A）長(zhǎng)度增加，而不膨脹鋼桿（金屬B）的長(zhǎng)度并不增加，這樣由于位置的改變，金屬管的線性膨脹就可以進(jìn)行傳遞。反過來，這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號(hào)。

液體和氣體的變形曲線設(shè)計(jì)的傳感器

在溫度變化時(shí)，液體和氣體同樣會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生體積的變化。

多種類型的結(jié)構(gòu)可以把這種膨脹的變化轉(zhuǎn)換成位置的變化，這樣產(chǎn)生位置的變化輸出（電位計(jì)、感應(yīng)偏差、擋流板等等）。

金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)生變化。

對(duì)于不同金屬來說，溫度每變化一度，電阻值變化是不同的，而電阻值又可以直接作為輸出信號(hào)。

電阻共有兩種變化類型

溫度升高 = 阻值增加

溫度降低 = 阻值減少

溫度升高 = 阻值減少

溫度降低 = 阻值增加

熱電偶由兩個(gè)不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40微伏/℃之間。 [1] 

由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過程。

如果要進(jìn)行可靠的溫度測(cè)量，首先就需要選擇正確的溫度儀表，也就是溫度傳感器。其中熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻(RTD)和溫度IC都是測(cè)試中*常用的溫度傳感器。

以下是對(duì)熱電偶和熱敏電阻兩種溫度儀表的特點(diǎn)介紹。

1、熱電偶

熱電偶是溫度測(cè)量中*常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，
而且結(jié)實(shí)、價(jià)低，無需供電，也是*便宜的。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構(gòu)成，當(dāng)熱電偶一端受熱時(shí)，熱電偶電路中就有電勢(shì)差�？捎脺y(cè)量的電勢(shì)差來計(jì)算溫度。

不過，電壓和溫度間是非線性關(guān)系，溫度由于電壓和溫度是非線性關(guān)系，因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測(cè)量，并利用測(cè)試設(shè)備軟件或硬件在儀器內(nèi)部處理電壓-溫度變換，以*終獲得熱偶溫度(Tx)。Agilent34970A和34980A數(shù)據(jù)采集器均有內(nèi)置的測(cè)量了運(yùn)算能力。

簡(jiǎn)而言之，熱電偶是*簡(jiǎn)單和*通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測(cè)量和應(yīng)用。

2、熱敏電阻

熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料， 大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。
溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是*靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。

熱敏電阻體積非常小，對(duì)溫度變化的響應(yīng)也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對(duì)自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線上測(cè)量的是**溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴， 可測(cè)溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時(shí)的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變?cè)斐?00Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的 0.05℃誤差。它非常適合需要進(jìn)行快速和靈敏溫度測(cè)量的電流控制應(yīng)用。尺寸小對(duì)于有空間要求的應(yīng)用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。

熱敏電阻還有其自身的測(cè)量技巧。熱敏電阻體積小是優(yōu)點(diǎn)，它能很快穩(wěn)定，不會(huì)造成熱負(fù)載。不過也因此很不結(jié)實(shí)，大電流會(huì)造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會(huì)在其上因功率而造成發(fā)熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導(dǎo)致***性的損壞。

通過對(duì)兩種溫度儀表的介紹，希望對(duì)大家工作學(xué)習(xí)有所幫助。

1、被測(cè)對(duì)象的溫度是否需記錄、
報(bào)警和自動(dòng)控制，是否需要遠(yuǎn)距離測(cè)量和傳送；

2、測(cè)溫范圍的大小和精度要求；

3、測(cè)溫元件大小是否適當(dāng)；

4、在被測(cè)對(duì)象溫度隨時(shí)間變化的場(chǎng)合，測(cè)溫元件的滯后能否適應(yīng)測(cè)溫要求；

5、被測(cè)對(duì)象的環(huán)境條件對(duì)測(cè)溫元件是否有損害；

6、價(jià)格如保，使用是否方便。

1、《JJG229-2010工業(yè)鉑、
銅熱電阻檢定規(guī)程》

2、《JJG833-2007標(biāo)準(zhǔn)組鉑銠10-鉑熱電偶檢定規(guī)程》

3、《JJG141-2000工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》

4、《JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》

5、《JJG368-2000工作用銅-銅鎳熱電偶檢定規(guī)程》

1、測(cè)量準(zhǔn)確度：0.01級(jí);分辨率0.1uV和0.1mΩ；

2、掃描開關(guān)寄生電勢(shì)：≤0.4μV；

3、溫度范圍： 水槽：(室溫+5~95)℃ 油
槽：(95 ~ 300)℃ 低溫恒溫槽：(-80 ~ 100)℃ 高溫爐：(300~1200)℃；

4、控溫穩(wěn)定度：優(yōu)于0.01℃/10min(油槽、水槽、低溫恒溫槽);0.2℃/min(管式檢定爐)；

5、總不確定度：熱電偶檢定，測(cè)量不確定度優(yōu)于0.7℃，重復(fù)性誤差<0.25℃;熱電阻檢定測(cè)量不確定度優(yōu)于50mk，重復(fù)性誤差<10mk；

6、檢定數(shù)量：一次可同時(shí)檢熱電偶(1-8)支，一次可同時(shí)檢同線制熱電阻(1-7)支；

7、工作電源：AC220V±10%，50Hz，并有良好保護(hù)接地；

8、高溫爐功率：約2KW；

9、恒溫槽功率：約2KW；

10、微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)功率：<500。

1、檢定K、E、J、N、B、S、R、T等多種型號(hào)的工作用熱電偶；

2、檢定Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等各種工作用熱電阻，
玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)；

3、多路低電勢(shì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，寄生電勢(shì)≤0.4μV；

4、控制1-4臺(tái)高溫爐；

5、溫場(chǎng)測(cè)試：可進(jìn)行檢定爐、油槽、水槽、低溫恒溫槽的溫場(chǎng)測(cè)試；

6、線制轉(zhuǎn)換：可進(jìn)行二線制、三線制、四線制電阻檢定；

7、軟件具有比對(duì)實(shí)驗(yàn)、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)、溫場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等相關(guān)實(shí)驗(yàn)功能；

8、在Windows2000/XP以上平臺(tái)，全中文界面，標(biāo)準(zhǔn)Windows操作系統(tǒng)，方便快捷�？蓪�(shí)現(xiàn)：

1）設(shè)備自檢、查線；

2）屏幕顯示并保存控溫曲線≤0.4μV；

3）檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集；

4）自動(dòng)生成符合要求的檢定記錄；

5）自動(dòng)保存檢定結(jié)果，且不可人工更改；

6）查詢各種熱電偶、熱電阻分度表及其它幫助；

7）熱電偶、熱電阻所有歷史檢定數(shù)據(jù)、控溫曲線查詢 統(tǒng)計(jì)及計(jì)量的智能化管理功能。

溫度傳感器在安裝和使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)方可保證*佳測(cè)量效果：

1、安裝不當(dāng)引入的誤差

如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等，
換句話說，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8～10倍;熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃;熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)，所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測(cè)介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)用熱電偶測(cè)量管內(nèi)氣體溫度時(shí)，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。

2、絕緣變差而引入的誤差

如熱電偶絕緣了，保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴(yán)重，這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上百度。

3、熱惰性引入的誤差

由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測(cè)溫度的變化，
在進(jìn)行快速測(cè)量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測(cè)量滯后，用熱電偶檢測(cè)出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測(cè)量滯后越大，熱電偶波動(dòng)的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測(cè)溫或控溫時(shí)，儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小，但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測(cè)量溫度，應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時(shí)間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，*有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導(dǎo)熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測(cè)量中，使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時(shí)校正及更換。

4、熱阻誤差

高溫時(shí)，如保護(hù)管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔，以減小誤差。

近年來，我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程和電子信息產(chǎn)業(yè)連續(xù)的高速增長(zhǎng)，
帶動(dòng)了傳感器市場(chǎng)的快速上升。溫度傳感器作為傳感器中的重要一類，占整個(gè)傳感器總需求量的40%以上。溫度傳感器是利用NTC的阻值隨溫度變化的特性，將非電學(xué)的物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，從而可以進(jìn)行溫度**測(cè)量與自動(dòng)控制的半導(dǎo)體器件。溫度傳感器用途十分廣闊，可用作溫度測(cè)量與控制、溫度補(bǔ)償、流速、流量和風(fēng)速測(cè)定、液位指示、溫度測(cè)量、紫外光和紅外光測(cè)量、微波功率測(cè)量等而被廣泛的應(yīng)用于彩電、電腦彩色顯示器、切換式電源、熱水器、電冰箱、廚房設(shè)備、空調(diào)、汽車等領(lǐng)域。近年來汽車電子、消費(fèi)電子行業(yè)的快速增長(zhǎng)帶動(dòng)了我國(guó)溫度傳感器需求的快速增長(zhǎng)。

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要而普遍的測(cè)量參數(shù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占50%。

溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測(cè)量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動(dòng)勢(shì)、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會(huì)不斷涌現(xiàn)。

由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度測(cè)量的范圍極寬，從零下幾百度到零上幾千度，而各種材料做成的溫度傳感器只能在一定的溫度范圍內(nèi)使用。

溫度傳感器與被測(cè)介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測(cè)介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度。這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測(cè)介質(zhì)接觸，而是通過被測(cè)介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅�，以達(dá)到測(cè)溫的目的。這一類傳感器主要有紅外測(cè)溫傳感器。這種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物質(zhì)的溫度（如慢速行使的火車的軸承溫度，旋轉(zhuǎn)著的水泥窯的溫度）及熱容量小的物體（如集成電路中的溫度分布）。

溫度傳感器 [2]  是*早開發(fā)，應(yīng)用*廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼 開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。
兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果**測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不 加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度 也各不相同。
熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶 溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)