有關(guān)溫度傳感器

1、接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的檢測局部與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計溫度傳感器溫度計通過傳導或?qū)α鞯竭_熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象那么會產(chǎn)生較大的 測量誤差，常用的溫度計 有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻 溫度計、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。隨著低溫技術(shù)在國防工程、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 超導技術(shù) 的研究， 測量120K以下

2、溫度的低溫溫度計得到了開展，如低溫 氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、 聲學溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現(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的一種 感溫元件，可用于測量 1.6300K范圍內(nèi)的溫度。編輯本段非接觸式溫度傳感器它的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標測量溫度場的溫度分布。和熱容量小或溫度變化迅速瞬變對象的外表溫度，也可用于溫度傳感器 _最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的根本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法見

3、光學高溫計、輻射法見輻射高溫計和比色法見比色溫度計。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體吸收全部輻射并不反射光的物體所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的真實溫度，那么必須進行材料外表發(fā)射率的修正。而材料外表發(fā)射率不僅取決于溫度和 波長，而且還與外表狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因 此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的外表溫度，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，物體外表發(fā)射率的測量是相當困難的。對于固體外表溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一

4、起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測外表的有效非接觸測溫輻射和有效發(fā)射系數(shù)。 利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實測溫度進行相應(yīng)的修正，最終可得到被測外表的真實溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測外表的漫射輻射能受半球鏡反射回到外表而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)式 中£為材料外表發(fā)射率，p為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實溫度的輻射測量，那么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。通過計算求出與 介質(zhì)到達熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對 所測腔底溫度即介質(zhì)溫度進行修正而得到介質(zhì)的真實溫度。點：測量上限不受感溫元

5、件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原那么上沒有限制。對于1800 C以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的開展，輻射測溫度傳感器逐漸由可見光向紅外線擴展，700 C以下直至常溫都已采用，且分辨率很高編輯本段熱電偶工作原理當有兩種不同的導體和半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為TO，稱為自由端 也稱參考端或冷端，那么回溫度傳感器路中就有 電流 產(chǎn)生，如圖2-1 a所示，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為 塞貝克效應(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個：其一，當有電流流過兩個不同導

6、體的連接處時此處便吸收或放出熱量取決于電流的方向，稱為 珀爾帖效應(yīng)；其二，當有電流流過存在溫度梯度的導體時，導體吸收或放出熱量取決于電流相對于溫度梯度的方，稱為 湯姆遜效應(yīng)。兩種不同導體或半導體的組向合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢EAB T，T0是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導體或半導體的性質(zhì)及在接觸點的溫度有關(guān)。溫差電勢 是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中于接觸處端點的電子數(shù)不同而產(chǎn)

7、生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷 開時， 在斷開處a， b之間便有一電動勢差其V極，性和大小與回路中的熱電勢一致，如圖2-1b所示。并規(guī)定在冷端，當電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。 實驗說明，當 V很小時， V與厶T成正比關(guān)系。定義 V對厶T的微分熱電勢為熱電 勢率，又稱塞貝克系數(shù)。塞 貝克系數(shù)的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結(jié)點的溫度差。種類目前，國際電工委員會IEC 推薦了 8種類型的熱電偶作為標準化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。編輯本段熱電阻材料特性導體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，

8、利用此原理構(gòu)溫度傳感器成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200 500 C溫度范圍內(nèi)的溫 度測量。純金屬電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性:溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。電阻率高，熱容量小，反響速度快。材料的復現(xiàn)性和工藝性好，價格低。熱敏 電阻溫度特性 在測溫范圍內(nèi)化學物理特性穩(wěn)定。目前，在工業(yè)中應(yīng)用最 廣的 鉑 和 銅，并已制作成標準測溫熱電阻。鉑電阻鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線性(如右圖)，在0630.74 C范圍內(nèi)可用下式表示 Rt = R0(1+At+Bt2) 在-190 0C范圍內(nèi)為 Rt = R0(1+At+Bt2

9、 十 Ct3)。式 中： RO、 Rt 為溫度0 °及t °時鉑電阻的電阻值，t為任意溫度，A、B、C為溫度系數(shù)，由實驗確定，A = 3.9684 X 1-03/C,B = -5.847 X 1-07 /C 2, C = -4.22 X 1-0l2/ C 3。 由公式可看出，溫度傳感器當R0值不同時，在同樣溫度下，其Rt值也不同銅電阻在測溫精度要求不高，且測溫范圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50150 C的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度成線性關(guān)系，其電阻與溫度關(guān)系的表達式為Rt = R0(1+At)(2-3)式中， A = 4.25 X 1-03 4

10、.28 X 1-03 C為銅電阻的溫度系數(shù)。編輯本段模擬溫度傳感器傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對溫度的監(jiān)控，在一些溫度范圍內(nèi)線性溫度傳感器不好，需要進行冷端補償或引線補償；熱慣性 大，響應(yīng)時間 慢。集成模擬溫度傳感器與之相比，具有靈敏度高、線性度 好、響應(yīng)速度 快等優(yōu)點，而且它還將驅(qū)動電路、信 號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上，有實際尺寸小、使用方便等優(yōu)點。常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。這里主要介紹該類器件的幾個典型。AD590溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度

11、傳感器，供電電壓范圍為330V ,輸出電流223卩A-(50 C ) 423 必(+150 C )，靈敏度為1 yA/ C。當在電路中串接 采樣電阻 R時，R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意 R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于 3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可到達1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達20M所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所 弓I入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制LM135/235/335溫度傳感器系列是美國國家半導體公司NS 生產(chǎn)的一種高精度易校正的LM135/235/335溫度傳感器器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管

12、。 集成溫度傳感該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1 Q的動態(tài)阻抗，工作電流范圍從400卩A到5mA ,精度為1 C ,LM135的溫度范圍為-55 C+150 C,LM235的溫度范圍為-40 C +125 C,LM335為-40 C +100 Co 封裝形式有 TO-46、TO-92SO-8。該系列器件廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統(tǒng)中編輯本段 邏輯輸出型溫度傳感器在許多應(yīng)用中，我們并不需要嚴格測量溫度值，只關(guān)心溫度是否超出了一個設(shè)定范圍，一旦溫度超出所規(guī)定的范圍，那么發(fā)出報警信號，啟動或關(guān)閉風扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設(shè)備，此時可選 用邏輯 輸出式 溫度傳 感器。LM5

13、6、 MAX6501-MAX6504、 MAX6509/6510 是其典型代 表。LM56溫度開關(guān)LM56是NS公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開關(guān)，內(nèi)置1.25V參考電壓輸出端。最大只能帶50 yA的負載。電源電壓從2.710V，工作電流最大230 yA,內(nèi)置傳感器的靈敏度為 6.2mV/ C,傳感器輸出電壓為6.2mV/ Cx T+395mV。MAX6501/02/03/04 溫度監(jiān)控開關(guān)MAX6501/02/03/04 是具有邏輯輸出和SOT-23封裝的溫度監(jiān)視器件 開關(guān)，它的設(shè)計非常簡單：用戶選擇一種接近于自己需要的控制的溫度門限由廠方預設(shè)在 -45 C到+115 C,預設(shè)值間隔為10 Co直

14、接將其接入電路即可使用，無需任何外部元件。其溫度傳感器中MAX6501/MAX6503為漏極開路低電平報警輸出，MAX6502/MAX6504為推/拉 式高電平報警輸出，MAX6501/MAX6503 提供熱溫度預置門限35 C到 +115 ,C)當溫度高于預置門限時報警；MAX6502/MAX6504提供冷溫度預置門限-45 C到+15 C,當溫度低于預置門限時報警。對于需要一個簡單的溫度超限報警而又空間有限的應(yīng)用如筆記本電腦、蜂窩移動 等應(yīng)用來說是非常理想的，該器件的典型溫度誤差是土 0.5 C,最大土 4 C,滯回溫度可通過引腳選擇為2 C或10 C,以防止溫度接近門限值時輸出不穩(wěn)定。這

15、類器件的工作電壓范圍為2.7V到5.5V，典型工作電流30 iA o編輯本段數(shù)字式溫度傳感器MAX6575/76/77數(shù)字溫度傳感器 如果采用數(shù)字式接口的溫度傳感器，上述設(shè)計問題將得到簡化。同樣，當A/D和 微處理器 的I/O管腳短缺時，采用時間或頻率輸出的溫度傳感器也能解決上述測量問題。以MAX6575/76/77系列SOT-23封裝的溫度傳感器為例，這類器件可通過單 線和微處理器進行溫度數(shù)據(jù)的傳送，提供三種靈活的輸出方式-頻率、周期或定時，并具備土 0.8 C的典型精度，一條線最多允許掛接8個傳感器，150 典A型電源電流和 2.7V到5.5V的寬電源電壓范圍及-45 C到+125 C的溫

16、度范圍。它輸出的方波信號具有正比于絕對溫度的周期，采用 6 腳 SOT-23 封裝，僅占很小的板面。該器件通過一 條 I/O 與微處理器相連，利用微處理器內(nèi)部的 計數(shù)器測出周期后就可計算出溫度。可多點檢測、 直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感體公司器生產(chǎn)的 CMOS 數(shù)字式溫度傳感器。內(nèi)含兩個不揮發(fā)性DS1612 是美國達拉斯半導存儲器，可以在存儲器由于這些存儲器具有不揮發(fā) DS1612 傳感器溫度測量 振蕩器 OSC1 和OSC2 的開門時間較短，中任意的設(shè)定上限和下限溫度值進行恒溫器的溫度控 制性，因此一次定入后，即使不CPU 也仍然可以獨立使用用原理和精度：在芯片上分別設(shè)置了一個振蕩頻率溫度系

17、數(shù)較大 一的個溫度系數(shù)較小的振蕩器 OSC2 。在溫度較低時，由 于因此溫度測量計數(shù)器計數(shù)值n 較?。欢敎囟容^高時，由 于OSC2 的開門時間較長，其計數(shù)值 m 增大。如果在上述計數(shù)值根底上再加上一個同實際溫度相差的校 正數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個高精度的數(shù)字溫度傳感器。該公司將這個校正值定入芯片中的不揮發(fā)存儲器中，這樣傳感器輸出的數(shù)字量就可以作為實際測量的溫度數(shù)據(jù)，而不需要再進行校準。它可測量的溫度范圍為-55 C+125 C,在0C+70 C范圍內(nèi)，測量精度為土 0.5 C，輸出的9位編碼直接與溫度相對應(yīng)。DS1621同外部電路的控制信號和數(shù)據(jù)的通信是通過雙向總線來實現(xiàn)的，由 CPU 生成串行

18、時鐘脈沖 SCL ， SDA 是雙向數(shù)據(jù) 線。通過地址引腳A0 、 A1 、 A2 將 8 個不同的地址分配給各器件。通過設(shè) 定存放器來設(shè)置工作方式，并對工作狀態(tài)進行監(jiān)控。被測的溫度數(shù)據(jù)被存儲在溫度傳感器存放器中，高溫TH 和低溫TL閾值存放器存儲了恒溫器輸出Tout 的閾值?，F(xiàn)在，各種集成的溫度傳感器的功能越來越專業(yè)化。比方，MAXIM 公司近期推出的 MAX1619是一種增強型精密遠端數(shù)字溫度傳感器， 能夠監(jiān)測遠端 P-N 結(jié)和其自身封裝的溫度。它具有雙報警 輸出：ALERT 和 OVERT 。 ALERT 用于指示各傳感器 的高 / 低至在系統(tǒng)“死鎖溫狀態(tài)， OVERT 信號等價于一個自

19、動調(diào)溫器，在遠端溫度傳感器超上限時觸發(fā)， MAX1619 與 MAX1617A 完全軟件兼容，非常適合于系統(tǒng)關(guān)斷或風扇控制，甚后仍能正常工作。美國達拉斯半導體公司的DS1615 是有記錄功能 的溫度傳感器。器件中包含實時時鐘、數(shù)字式溫度傳感器、非易失性存儲器、控制邏 輯電路以及 串行接口電路。數(shù)字溫度傳感器的 測 量范圍為-40 C+85 C，精度為 土 2 C,讀取9位時的分辨率是0.03125 C。時鐘提供的時間從秒至年月，并對到 2100 年以前的閏年作了修正。電源電壓為 2.2V5.5V ，8 腳 SOIC 封裝。 DS17775 是數(shù)字式溫度計及恒溫控制器集成電路。其中包含數(shù)字溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字存放 器、恒溫控制比較器以及兩線 串行接口電路。供電電壓在 3V至5V時的測量溫度精度 為土 2 C,讀取9位時的分辨率是0.5 C,讀1取3位時的分辨率是0.03125 C。編輯本段開展趨勢現(xiàn)代信息技術(shù)的三大根底是信息采集即傳感器技術(shù) 、信息傳輸 通信技術(shù) 和信息處理計算機技術(shù) 。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居