第8章(5)溫度傳感器

1、第第8 8章章 溫度傳感器溫度傳感器 第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器 第四節(jié)第四節(jié) ICIC溫度傳感器溫度傳感器 第五節(jié)第五節(jié) 其他溫度傳感器其他溫度傳感器一、鉑電阻溫度傳感器利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設計研制利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設計研制成的。可測量和控制成的?？蓽y量和控制200650范圍內的溫度，范圍內的溫度，也可作對其他變量也可作對其他變量(如：流量、導電率、如：流量、導電率、pH值等值等)測量測量電路中的溫度補償。有時用它來測量介質的溫差和平電路中的溫度補償。有時用

2、它來測量介質的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達目前，鉑電阻上限溫度達850。123451云母片骨架； 2鉑絲； 3銀絲引出線；4保護用云母； 5綁扎用銀帶鉑電阻的純度以鉑電阻的純度以R100/R0表示，表示，R100表示在標準大氣壓表示在標準大氣壓下水沸點時的鉑的電阻值。國際溫標規(guī)定，作為基準下水沸點時的鉑的電阻值。國際溫標規(guī)定，作為基準器的鉑電阻，其器的鉑電阻，其R100/R0不得小于不得小于1.3925。我國工業(yè)用。我國工業(yè)用鉑電阻分度號為鉑電阻分度號為BA1、BA2，其，其R100/R0=1.391

3、。用途：鋼鐵用途：鋼鐵,地質地質,石油石油,化工等生產工藝流程化工等生產工藝流程,各種食品各種食品加工加工,空調設備及冷凍庫空調設備及冷凍庫,恒溫槽等的溫度檢測與控制恒溫槽等的溫度檢測與控制中。中。型號R0測溫范圍測量對象時間常數(shù)s精度備注CW-1-4-1400.2-50150表面溫度0.050時0.5其它不大于1%+1保證100kg/cm3以下的氣密性（0以上）CW-1-4-2350.2-50400表面溫度0.050時0.5其它不大于1%+1CW-1-4-460.2-50150表面溫度0.050時0.5其它不大于1%+1CW1-8460.2-30200表面溫度10.5CW2-16-1700.

4、2-50+50表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+610-3|t|)CW2-16-2460.2-50200表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+610-3|t|)CW2-16-3460.05-50100表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+4.510-3|t|)CW2-18400.2-40300表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+4.510-3|t|)CW2-19400.05-50150空氣溫度0.06(0.3+4.510-3|t|)CW2-20460.2-40200空氣溫度0(0.3+4.510-3|t|)CW2-22-11000.1-2000空氣溫度0.30.5CW2-22-2

5、5001-2530空氣溫度0.30.5CW2-261000.1-40400-40650管道內介質介質溫度0.50.1(0.3+4.510-3|t|)(0.3+610-3|t|)小型鉑電阻1000.1-2530介質溫度0.1(0.3+4.510-3|t|)高溫鉑電阻100015001-40650-40650介質溫度介質溫度0.30.3(0.3+4.510-3|t|)(0.3+4.510-3|t|)鉑電阻溫度傳感器的主要技術參數(shù)詳見下表二、水晶溫度傳感器二、水晶溫度傳感器 水晶振子具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性。利用這種特性水晶振子具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性。利用這種特性制成的高精度晶振，已廣泛應用于通信、檢測、

6、控制成的高精度晶振，已廣泛應用于通信、檢測、控制儀器及微機等領域。制儀器及微機等領域。二、水晶溫度傳感器水晶振子根據(jù)需要可切割成各種水晶板。主要切割形式水晶振子根據(jù)需要可切割成各種水晶板。主要切割形式有：有：AT、AC、RS、LC、Y等，其中，等，其中，AT切割都使用切割都使用在相對溫度頻率誤差小的切割中。水晶振子的固有振動在相對溫度頻率誤差小的切割中。水晶振子的固有振動頻率，可用下式表示：頻率，可用下式表示： 式中式中f固有頻率；固有頻率；n諧波次數(shù)；諧波次數(shù)；t振子厚度振子厚度 水晶的密度；水晶的密度；Cii彈性常數(shù)。彈性常數(shù)。式中的式中的t、Cii均是溫度的函數(shù)。水晶溫度傳感器就是均是溫

7、度的函數(shù)。水晶溫度傳感器就是利用水晶振子的振動頻率隨溫度變化的特性制成的利用水晶振子的振動頻率隨溫度變化的特性制成的 iiCtnf2（一）水晶溫度傳感器的特性在各種切割中，相對溫度頻率誤差大的切割有Y、LC、RS、AC等。溫度和水晶振子頻率的關系一般用： fTT時的頻率； fT0T0時的頻率； T測量溫度； T0基準溫度（任意）；A、B、C方程式的1次、2次、3次項的溫度系數(shù)。 如果方程的2次、3次項的溫度系數(shù)近似為0，就可以得到線性水晶溫度傳感器。 由于切割形式不同，溫度系數(shù)也不同。LC切割傳感器的特性如下表。3020000TTCTTBTTAfffTTT水晶溫度傳感器的特性 項目A/10-6

8、B/10-9C/10-12靈敏度約1000Hz/時的頻率，MHz諧波次數(shù)nY92.7561.7428.8310.61RS42.501.25-39.7523.53LC38.090 028.23切割 3.12 max8.0以下0.23.750.500.30.070.31.1 0.20.3max10min0.5以下4.7以下QTY-451QTY-452 QTL-451QTY-3816.5以下目前，日本制造出的水晶溫度傳感器有Y切割的QTY-452、QTY-451、QTY-381 LC切割的QTL-451，如圖。 水晶溫度傳感器外形圖（二）水晶溫度探測器（二）水晶溫度探測器 水晶探測器是由傳感器和振蕩

9、電路組裝在一起制水晶探測器是由傳感器和振蕩電路組裝在一起制成的，適用于檢測液體、固體或氣體的溫度。成的，適用于檢測液體、固體或氣體的溫度。（三）水晶溫度傳感器的應用（三）水晶溫度傳感器的應用 水晶溫度傳感器可廣泛用于空調、電子工業(yè)、食水晶溫度傳感器可廣泛用于空調、電子工業(yè)、食品加工等領域。由于可用數(shù)字顯示，所以，可作為高品加工等領域。由于可用數(shù)字顯示，所以，可作為高穩(wěn)定性和高分辨率的溫度計使用。穩(wěn)定性和高分辨率的溫度計使用。 三、三、 分布溫度傳感器分布溫度傳感器 溫度越限往往造成火災、爆炸或機毀人亡等惡溫度越限往往造成火災、爆炸或機毀人亡等惡性事故。對于在空間延伸的設備和裝置，進行溫度性事故

10、。對于在空間延伸的設備和裝置，進行溫度越限的檢測和控制尤為重要。避免溫度越限不可能越限的檢測和控制尤為重要。避免溫度越限不可能通過溫度的點測來實現(xiàn)，如電力電纜表層某一點溫通過溫度的點測來實現(xiàn)，如電力電纜表層某一點溫度的檢測和控制。因此度的檢測和控制。因此,這種傳感器在溫度檢測與控這種傳感器在溫度檢測與控制中，具有獨特重要作用。制中，具有獨特重要作用。三、 分布溫度傳感器（一）一次觸發(fā)式分布溫度傳感器（一）一次觸發(fā)式分布溫度傳感器 僅能觸發(fā)一次，然后必須重新設定測量位置。僅能觸發(fā)一次，然后必須重新設定測量位置。最普通的是利用易熔塑料分割兩根導線制成。當溫最普通的是利用易熔塑料分割兩根導線制成。當

11、溫度越限使塑料融化時，分割的兩根導線產生短路電度越限使塑料融化時，分割的兩根導線產生短路電流，短路電流可利用電纜終端的裝置測出。其主要流，短路電流可利用電纜終端的裝置測出。其主要缺點是：缺點是：l僅能觸發(fā)一次，不適于連續(xù)檢測；僅能觸發(fā)一次，不適于連續(xù)檢測；l不能進行非破壞性試驗，每次都必須接到傳感器不能進行非破壞性試驗，每次都必須接到傳感器電纜的一個新部位上；電纜的一個新部位上；l一般僅適用于火焰檢測。一般僅適用于火焰檢測。 （二）重復使用式分布溫度傳感器（二）重復使用式分布溫度傳感器 重復使用式溫度傳感器適用于溫度連續(xù)監(jiān)測重復使用式溫度傳感器適用于溫度連續(xù)監(jiān)測（二）重復使用式分布溫度傳感器（

12、二）重復使用式分布溫度傳感器1 1 熱敏電阻材料包裹導線式傳感器熱敏電阻材料包裹導線式傳感器 是利用負溫度系數(shù)的熱敏電阻材料，以同軸方式是利用負溫度系數(shù)的熱敏電阻材料，以同軸方式包裹中心電纜，并用金屬外套封裝這個同軸電纜。當包裹中心電纜，并用金屬外套封裝這個同軸電纜。當在延伸電纜長度方向上的任一點的溫度低于觸發(fā)溫度在延伸電纜長度方向上的任一點的溫度低于觸發(fā)溫度時時 ，傳感器處于正常工作狀態(tài)，此時中心導線與外套，傳感器處于正常工作狀態(tài)，此時中心導線與外套間的電阻為高值；但當溫度升高到某一數(shù)值時，電阻間的電阻為高值；但當溫度升高到某一數(shù)值時，電阻就下降的相應值。報警點的溫度與對應的最小阻值相就下降

13、的相應值。報警點的溫度與對應的最小阻值相對應。對應。 （二）重復使用式分布溫度傳感器1 1 熱敏電阻材料包裹導線式傳感器熱敏電阻材料包裹導線式傳感器由于這種傳感器是一種空間積累式溫度傳感器，一由于這種傳感器是一種空間積累式溫度傳感器，一段長的熱段和一段短的熱段所測的電阻值相同，因段長的熱段和一段短的熱段所測的電阻值相同，因此，沿傳感器長度延伸方向出現(xiàn)溫度越限的位置，此，沿傳感器長度延伸方向出現(xiàn)溫度越限的位置，不能由測量電阻值來確定。不能由測量電阻值來確定。2 2熱敏材料填充式傳感器熱敏材料填充式傳感器 這是一種將熱敏材料填充在中心導線與圓柱形這是一種將熱敏材料填充在中心導線與圓柱形金屬套之間構

14、成的同軸電纜，所用的熱敏材料是易金屬套之間構成的同軸電纜，所用的熱敏材料是易溶鹽化合物。在正常工作狀態(tài)下，鹽化合物為固態(tài)，溶鹽化合物。在正常工作狀態(tài)下，鹽化合物為固態(tài)，導線與金屬套間阻值最大。當溫度升高，鹽化合物導線與金屬套間阻值最大。當溫度升高，鹽化合物熔化時，填充層的阻值顯著下降。椐此可測出電纜熔化時，填充層的阻值顯著下降。椐此可測出電纜是否過熱。是否過熱。3 3氣壓輸送管氣壓輸送管 這種傳感器實際上是一個充滿惰性氣體的氣壓這種傳感器實際上是一個充滿惰性氣體的氣壓輸送管，當溫度升高時，連接在電觸膜盒上所受的輸送管，當溫度升高時，連接在電觸膜盒上所受的壓力增加，椐此來測定越限溫度。但這種傳感

15、器也壓力增加，椐此來測定越限溫度。但這種傳感器也不能以任何方式測定出故障的確切位置，也只能檢不能以任何方式測定出故障的確切位置，也只能檢測出是否過熱。測出是否過熱。 4 4導電聚合物式傳感器導電聚合物式傳感器 這種傳感器為同軸電容器式結構，中心導線用電介這種傳感器為同軸電容器式結構，中心導線用電介質被覆，導線塑料壓涂在已被覆電介質的導線上。導電質被覆，導線塑料壓涂在已被覆電介質的導線上。導電塑料應選用在預定的出發(fā)點附近，且為正電阻溫度系數(shù)塑料應選用在預定的出發(fā)點附近，且為正電阻溫度系數(shù)較大的材料。最外層是防護塑料套，其結構如圖。較大的材料。最外層是防護塑料套，其結構如圖。 金屬導體電介質導體塑

16、料保護塑料套4 4導電聚合物式傳感器導電聚合物式傳感器金屬導體電介質導體塑料保護塑料套 按要求選定具有某一觸發(fā)溫度值的傳感器電纜，按要求選定具有某一觸發(fā)溫度值的傳感器電纜，并使其與監(jiān)控設備之間保持良好熱接觸。如果在傳感并使其與監(jiān)控設備之間保持良好熱接觸。如果在傳感器電纜長度方向上的任何一部分超過預定的觸發(fā)溫度，器電纜長度方向上的任何一部分超過預定的觸發(fā)溫度，則該部分的導電塑料中的阻值將大大增加。由于不能則該部分的導電塑料中的阻值將大大增加。由于不能通過高電阻對電纜充放電，所以電容值減小。根據(jù)越通過高電阻對電纜充放電，所以電容值減小。根據(jù)越限溫度時的電容值和正常溫度電容值之比限溫度時的電容值和正

17、常溫度電容值之比,可測出溫度可測出溫度觸發(fā)點的位置。觸發(fā)點的位置。 目前，一種長目前，一種長180m以上的這種傳感器，在國外已以上的這種傳感器，在國外已投入使用，其觸發(fā)溫度為投入使用，其觸發(fā)溫度為1255，測位精度達，測位精度達5m。 除上述集中分布溫度傳感器外，還有兩種新型的除上述集中分布溫度傳感器外，還有兩種新型的分布溫度傳感器。第一種傳感器長分布溫度傳感器。第一種傳感器長250m，全長用金屬，全長用金屬封裝，它可測出過熱部分溫度。該傳感器測溫范圍封裝，它可測出過熱部分溫度。該傳感器測溫范圍0500。它可用于監(jiān)測反應堆的溫度。另一種傳感器可。它可用于監(jiān)測反應堆的溫度。另一種傳感器可在長在長

18、1000m或更長的距離內測出溫度上下限，其觸發(fā)或更長的距離內測出溫度上下限，其觸發(fā)溫度范圍為溫度范圍為0150。這種傳感器適用于化工或其他。這種傳感器適用于化工或其他具危險工藝過程中的溫度監(jiān)測。具危險工藝過程中的溫度監(jiān)測。 總之，分布溫度傳感器可有效地解決各種空間延總之，分布溫度傳感器可有效地解決各種空間延伸設備的溫度監(jiān)測等問題，它的廣泛應用大大推動了伸設備的溫度監(jiān)測等問題，它的廣泛應用大大推動了溫度檢測技術的發(fā)展。溫度檢測技術的發(fā)展。 四、四、 雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器 目前，雙金屬式溫度傳感器已被廣泛應用于各目前，雙金屬式溫度傳感器已被廣泛應用于各種測溫領域。這種溫度傳感器實際上是

19、雙金屬式種測溫領域。這種溫度傳感器實際上是雙金屬式溫度保護器。溫度保護器。四、四、 雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器 （一）（一） 工作原理工作原理將熱膨脹系數(shù)不同的兩種或兩種以上金屬將熱膨脹系數(shù)不同的兩種或兩種以上金屬(線、線、板、棒板、棒)壓制成一體，當溫度變化時，雙金屬產壓制成一體，當溫度變化時，雙金屬產生變形，利用這種機械運動實現(xiàn)控溫目的。生變形，利用這種機械運動實現(xiàn)控溫目的。 四、四、 雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器 提高電器、熱源和應用儀器等的安全可靠性能，提高電器、熱源和應用儀器等的安全可靠性能，一般通過附加電壓、靠過熱、過電流等保護元件來一般通過附加電壓、靠過熱、過電流等保護

20、元件來實現(xiàn)。但這樣使用時很不方便，出現(xiàn)事故后要更新實現(xiàn)。但這樣使用時很不方便，出現(xiàn)事故后要更新保護元件。當應用雙金屬式傳感器做保護元件時，保護元件。當應用雙金屬式傳感器做保護元件時，如果馬達、變壓器等電器設備工作出現(xiàn)異常，不僅如果馬達、變壓器等電器設備工作出現(xiàn)異常，不僅溫度上升，而且工作電流也隨之增加，此時雙金屬溫度上升，而且工作電流也隨之增加，此時雙金屬式溫度傳感器可通過本身的發(fā)熱變形特性進行對工式溫度傳感器可通過本身的發(fā)熱變形特性進行對工作電路的開、閉控制，這與恒溫箱的工作原理基本作電路的開、閉控制，這與恒溫箱的工作原理基本相同。相同。0123456770 80 90 100 110 120130 140工作溫度/C電流/A電流負荷特性（玻璃型）圖 電流負荷特性示意圖（二）特性1電流負荷特性 電流負荷特性如圖所示。由于負載與傳感器串聯(lián)電流負荷特性如圖所示。由于負載與傳感器串聯(lián)使用的，故應根據(jù)負載電流值來合理選用溫度傳感器。使用的，故應根據(jù)負載電流值來合理選用溫度傳感器。 過電流的工作時間特性如圖所示。當溫度升高或過過電流的工作時間特性如圖所示。當溫度升高或過電流時，電路自動斷開。斷開時間因過電流值大小不電流時，電路自動斷開。斷開時間因過電流值大