温度传感器的基础知识

一、温度丈量的基本概念
1、温度界说：
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能经过物体随温度改变的某些特性来间接丈量，而用来丈量物体温度数值的标尺叫温标。它规则了温度的读数起点（零点）和丈量温度的基本单位。现在国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。
摄氏温标（℃）规则：在规范大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中心区分100等份，每等分为摄氏1度，符号为℃。华氏温标（℉）规则：在规范大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中心区分180等份每等份为华氏1度符号为℉。
热力学温标（符号T）又称开尔文温标（符号K），或肯定温标，它规则分子运动中止时的温度为肯定零度。
国际温标：国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相挨近，并且复现精度高，运用便利。现在国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通 过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68（REV-75）。但因为IPTS-68温度存在必定的不捉，国际计量委员会在 18届国际计量大会第七号抉择授权予1989年会议经过1990年国际ITS-90，ITS-90温标代替IPS-68。我国自1994年1月1日起全面 施行ITS-90国际温标。1990年国际温标：
a、温度单位：热力学温度是基本功手物理量，它的单位开尔文，界说为水三相点的热力学温度的1/273.16，运用了与273.15K（冰点）的差值来表 示温度，因而现在仍保存这个办法。依据界说，摄氏度的巨细等于开尔文，温差亦可用摄氏度或开尔文来表明。国际温标ITS-90一起界说国际开尔文温度（符 号T90）和国际摄氏温度（符号t90）。
b、国际温标ITS-90的公例：ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射规则运用单色辐射实践可丈量的最高温度。ITS-90是这样制定的即在全量 程，任何于温度选用时T的最佳估计值，与直接丈量热力学温度比较T90的丈量要便利的多，并且更为精细，并且有很高的复现性。
c、ITS-90的界说：
榜首温区为0.65K到5.00K之间，T90由3He和4He的蒸汽压与温度的联系式来界说。
第二温区为3.0K到氖三相点（24.5661K）之间T90是氦气体温度计来界说。
第三温区为平蘅氢三相点（13.8033K）到银的凝固点（961.78℃）之间，T90是由铂电阻温度计来界说，它运用一组规则的界说内插法来分度。银凝固点（961.78℃）以上的温区，T90是按普朗克辐射规则来界说的，复现仪器为光学高温计。
二、温度丈量外表的分类
温度丈量外表按测温办法可分为触摸式和非触摸式两大类。一般来说触摸式测温外表比较简略、牢靠、丈量精度较高；但因测温元件与被测介质需求进行充沛的热交 金刚，需求必定的时刻才干到达热平衡，所以存在测温的推迟现象，一起受耐高温资料的约束，不能运用于很高的温度丈量。非触摸式外表测温是经过热辐射原理来 丈量温度的，丈量元件不需求与被测介质触摸，测温规模广，不受测温上限的约束，也不会损坏被测物体的温度场，反响速度一般也比较快；但遭到物体的发射率、 丈量间隔、烟尘和水气等外界要素的影响，其丈量差错较大。
三、传感器的选用国家规范GB7665-87对传感器下的界说是：“能感触规则的被丈量并依照必定的规则转换成可用信号的器材或设备，一般由灵敏元件和转 换元件组成”。传感器是一种检测设备，能感被丈量的信息，并能将检测感遭到的信息，按必定规则改换成为电信号或其他所需办法的信息输出，以满意信息的传 输、处理、存储、显现、记载和操控等要求。它是完结自动检测和自动操控的首要环节。
（一）、现代传感器在原理与结构上千差万别，怎么依据详细的丈量意图、丈量目标以及丈量环境合理选用传感器，是在进行某个量时首要要处理的问题。当传感器确认之后，与之般配套的丈量办法和丈量设备也可以确认了。丈量成果的胜败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1、依据丈量目标与丈量环境确认传感器的类型：要进行一个详细的丈量作业，首要要考虑选用何种原理的传感器，这需求剖析多方面的要素之后才干确认。因为， 即便丈量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，那一种原理的传感器更为适宜，则需求依据被丈量的特征和传感器的运用条件考虑以下详细问题：量程的大 小；被测方位对传感器的体积要求；丈量办法为触摸式或非触摸式；信号的引出办法，有线或是非触摸丈量；传感器的来历，是进口仍是国产的，价格能否承受，还 是自行研发。
2、灵敏度的挑选：一般，在传感器的线性规模内，期望传感器的灵敏度越高越好，因为只需灵敏度高时，与被丈量改变对应的输出信号才比较大有利于信号处理。 但要留意的是，传感器的灵敏度高，与被丈量无关的外界噪声也简略混入，也会被扩大体系扩大，影响丈量精度，因而要求传感器自身具有很高的信躁比，尽量削减 从外界引进的厂忧信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被丈量是单向量，并且对其方向性要求较高，则应挑选其它方向灵敏度小的传感器，假如被丈量是多维向 量，则要求传感器的穿插灵敏度越小越好。
3、频率呼应特性：传感器的频率呼应特性决议了被丈量的频率规模，有必要在答应频率规模内坚持不失真的丈量条件，实践上传感器的呼应总有必定的推迟，期望延 迟越短越好。传感器的频率呼应高，可测的信号频率规模就宽，而因为遭到结构特性的影响，机械体系的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动 态丈量中，应依据信号的特征（稳态、随机等）呼应特性，避免发生过火的差错。
4、线性规模：传感器的线性规模是指输出与输入成正比的规模。从理论上讲，在此规模内，灵敏度坚持定值，传感器的线性规模越宽，则其量程越大，并且能确保 必定的丈量精度。在挑选传感器时，当传感器的品种确认今后首要要看其量程是否满意要求。但实践上，任何传感器都不能确保肯定的线性，其线性度也是相对的。 当所要求丈量精度比较低时，在必定的规模内可以将非线性差错较小的传感器近似看作线性，这会给丈量带来极大的便利。
5、安稳性：传感器运用一段时刻后，其功能坚持不改变的才能称安稳性。影响传感器长期安稳的要素除传感器自身结构外，首要是传感器的运用环境。因而，要使 传感器具有杰出的安稳性，传感器有必要要有较强的环境适应才能。在挑选传感器之前，应对其运用环境进行调查，并依据详细的运用环境挑选适宜的传感器，或采纳 恰当的办法，削减环境影响。在某些要求传感器能长期运用而又容易替换或标定的场合，所选用的传感器安稳性要求严厉，要可以饱尝住长时刻的检测。
6、精度：精度是传感器的一个重要的功能指标，它是联系到整个丈量体系丈量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越宝贵，因而，传感器的精度只需 满意整个丈量体系的精度要求就可以，不用选得过高，这样就可以在满意同一丈量的许多传感器中挑选比较廉价和简略的传感器。假如丈量意图是定性剖析的，选用 重复
度高的传感器即可，不宜选用肯定量值精度高的；假如是为了定量剖析，有必要取得准确的丈量值，就需选用精度等级能满意要求的传感器。对某些特别运用场合，无法选到适宜的传感器，则需自行规划制作传感器，克己传感器的功能应满意运用要求。
（二) 测温器：
1、热电阻：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的首要特征是丈量精度高，功能安稳。其间铂热电阻的丈量精度是最高的，它不广泛运用于工业测温，并且被制成规范的基准仪。
① 热电阻测温原理及资料：热电阻测温是根据金属导体的电阻值随温度的添加而添加这一特性来进行温度丈量的。热电阻大都由金属资料制成，现在运用最多的是铂和铜，此外，现在已开端选用铑、镍、锰等资料制作热电阻。
② 热电阻测温体系的组成：热电阻测温体系一般由热电阻、衔接导线和数码温度操控显现表等组成。有必要留意两点：“热电阻和数码温度操控显现表的分度号有必要共同；为了消除衔接导线电阻改变的影响，有必要采纳三线制接法。”
2、热敏电阻：NTC热敏电阻器，具有体积小，测验精度高，反响速度快，安稳牢靠，抗老化，互换性，共同性等特征。广泛运用于空调、暖气设备、电子体温计、液位传感器、轿车电子、电子台历等范畴。
3、热电偶：热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其长处是：
① 丈量精度高。因热电偶直接与被测目标触摸，不受中心介质影响。
② 丈量规模广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可接连丈量，某些特别热电偶最低-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③ 结构简略，运用便利。热电偶一般是由两种不同的金属丝组成，并且不受巨细和最初的约束，外有维护套管，用起来十分便利。
(1)．热电偶测温基本原理
将两种不同资料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便发生电动势,因而在回路中构成一个巨细的电流,这种现象称为热电效应。热电偶便是运用这一效应来作业的。
(2)．热电偶的品种
常用热电偶可分为规范热电偶和非规范热电偶两大类。
规范热电偶是指国家规范规则了其热电势与温度的联系、答应差错、并有一致的规范分度表的热电偶，它有与其配套的显现外表可供选用。
非规范化热电偶在运用规模或数量级上均不及规范化热电偶，一般也没有一致的分度表，首要用于某些特别场合的丈量。我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻悉数按IEC国际规范出产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种规范化热电偶为我国一致规划型热电偶。
(3)．热电偶冷端的温度补偿
因为热电偶的资料一般都比较宝贵（特别是选用贵金属时），而测温点到外表的间隔都很远，为了节约热电偶资料，降低成本，一般选用补偿导线把热电偶的冷端 （自在端）延伸到温度比较安稳的操控室内，衔接到外表端子上。有必要指出，热电偶补偿导线的效果只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到操控室的外表端子上， 它自身并不能消除冷端温度改变对测温的影响，不起补偿效果。因而，还需选用其他批改办法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在运用热电偶补偿导线时 有必要留意类型般配，极性不能接错，补偿导线与热电偶衔接端的温度不能超过100℃。
四、我国在温控范畴的八大展开
我国仪器外表在完结微型化、数字化、智能化、集成化和网络化等方面紧跟国际展开的脚步，加大具有自主知识产权部分的开发研发及产业化的力度，取得了显着的展开。其间，值得提出的严重科技展开首要包含以下八个方面：
1.先进工业自动化仪器外表及体系完结了模块化与全数字集成，到达产业化要求，广泛用于钢、电、煤、化、油、交通、修建、国防、食物、医药、农业、环保等范畴，向具有自主知识产权方向迈出了坚实的一步。
2.智能式系列测验仪器与自动测验体系的研讨及产业化水平大幅度进步，组建了航空航天测验、机电产品测验、家用电器测验、地震监测、气候勘探、环境监测等各行业的自动测验体系。总体水平到达国外先进产品水平，而价格显着低于国外产品。
3.微波毫米波矢量网络剖析仪研发成功及批量出产，标志着我国成为继美国之后国际第二个能出产此类高精尖仪器的国家。
4.研讨开发出有自己特征的纳米测控及微型仪器，碳纳米管的定向制备及结构与物理性质的勘探居国际领先地位
5.完结完好的电学量子规范和1.5×10－5级国家电能规范设备，使我国电计量规范处于国际先进水平。
6.展开了具有自主知识产权的科学仪器攻关，提升了我国科学仪器的全体水平。