温度传感器原理与使用常识

一、触摸式温度传感器的检测部分与被测方针有杰出的触摸，又称温度计。

温度计经过传导或对流到达热平衡，然后使温度计的示值能直接表明被测方针的温度。一般丈量精度较高。在必定的测温规模内，温度计也可丈量物体内部的温度散布。但关于运动体、小方针或热容量很小的方针则会发作较大的丈量差错。

它们广泛运用于工业、农业、商业等部分。在日常日子中人们也常常运用这些温度计。跟着低温技能在国防工程、空间技能、冶金、电子、食物、医药和石油化工等部分的广泛运用和超导技能的研讨，丈量-153℃以下温度的低温温度计得到了开展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和安稳性好。运用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻便是低温温度计的一种感温元件，可用于丈量-271.4℃～27℃规模内的温度。

温度计常用的有：

1、热电阻

依据电阻的温度效应而制，有随温度升高而变大的是正温度系数，也有随温度升高而减小的是负温度系数，运用时取其分压扩大后AD转化即可。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的首要特点是丈量精度高，功能安稳。其间铂热电阻的丈量准确度是最高的，它不只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

热电阻测温是依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。热电阻大都由纯金属资料制成，现在运用最多的是铂和铜，此外，现在已开端选用甸、镍、锰和铑等资料制造热电阻。各种热电阻的丈量规模和优缺陷：

PT100/ PT1000型热电阻：铂电阻，温度规模-200～850℃。PT100（或PT1000）即0度时阻值为100欧姆（或1000欧姆），依据丈量的精度挑选。金属铂资料的长处是化学安稳性好、本领高温，简略制得纯铂，又因其电阻率大，可用较少资料制成电阻，此外其测温规模大。它的缺陷是：在复原介质中，特别是在高温下很简略被从氧化物中复原出来的蒸汽所沾污，使铂丝变脆，并改动电阻与温度之间的联系。

CU50型热电阻：铜电阻，温度规模-50～150℃。铜热电阻的价格廉价，线件度好，工业上在-50～+150℃规模内运用较多。铜热电阻怕湿润，易被腐蚀，熔点亦低。

（2）热电阻的结构

通晓型热电阻：从热电阻的测温原理可知，被测温度的改变是直接经过热电阻阻值的改变来丈量的，因而，热电阻体的引出线等各种导线电阻的改变会给温度丈量带来影响。为消除引线电阻的影响同般选用三线制或四线制。

铠装热电阻：由感温元件（电阻体）、引线、绝缘资料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻比较，它有下列长处：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，丈量滞后小；②机械功能好、耐振，抗冲击；③能曲折，便于装置④运用寿命长。

端面热电阻：感温元件由特别处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻比较，能更正确和快速地反映被测端面的实践温度，适用于丈量轴瓦和其他机件的端面温度。

隔爆型热电阻：经过特别结构的接线盒，把其外壳内部爆破性混合气体因遭到火花或电弧等影响而发作的爆破约束在接线盒内，出产现场不会引超爆破。隔爆型热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆破风险场所的温度丈量。

（3）热电阻测温体系的组成

热电阻测温体系一般由热电阻、衔接导线和显现外表等组成。有必要留意以下两点：

①热电阻和显现外表的分度号有必要共同

②为了消除衔接导线电阻改变的影响，有必要选用三线制接法。

2、热电偶

运用不同金属的热效应，发作电势差，其温度规模很宽，一般用来丈量几百度的温度。

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方针触摸，不受中心介质的影响。

②丈量规模广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续丈量，某些特别热电偶最低可测到-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）热电偶测温根本原理

两种不同原料的导体，如在某点相互衔接在一同，对这个衔接点加热，在它们不加热的部位就会呈现电位差。这个电位差的数值与不加热部位丈量点的温度有关，和这两种导体的原料有关。这种现象能够在很宽的温度规模内呈现，假如准确丈量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就能够准确知道加热门的温度。因为它有必要有两种不同原料的导体，所以称之为“热电偶”。不同原料做出的热电偶运用于不同的温度规模，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热门温度改变1℃时，输出电位差的改变量。关于大多数金属资料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40mV／℃之间。

热电偶传感器有自己的长处和缺陷，它灵敏度比较低，简略遭到环境搅扰信号的影响，也简略遭到前置扩大器温度漂移的影响，因而不适合丈量细小的温度改变。因为热电偶的灵敏度与资料的粗细无关，用十分细的资料也能够做成温度传感器。也因为制造热电偶的金属资料具有很好的延展性，这种纤细的测温元件有极高的响应速度，能够丈量快速改变的进程。

（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。所调用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。规范化热电偶我国从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。各种热电偶的丈量规模和优缺陷：

S型热电偶：铂铑10-铂热电偶，温度规模0～1600℃，旧分度号LB-3。长处：耐热性、安定性、再现性杰出及较优胜的准确度；耐氧化、耐腐浊性杰出；能够做为规范运用。缺陷：热电动势值小；在还元性气体环境较软弱（特别是氢、金属蒸气）；补偿导线差错大；价格昂扬。

R型热电偶：铂铑13-铂热电偶，温度规模0～1600℃。长处：耐热性、安定性、再现性杰出及较优胜的准确度；耐氧化、耐腐浊性杰出；能够做为规范运用。缺陷：热电动势值小；在还元性气体环境较软弱（特别是氢、金属蒸气）；补偿导线差错大；价格昂扬。

B型热电偶：铂铑30-铂铑6热电偶，温度规模600～1800℃，旧分度号LL-2，自在端在0～50℃内能够不必补偿导线。长处：适用1000℃以上至1800℃；在常温环境下热电动势十分小，不需补偿导线；耐氧化、耐腐浊性杰出；耐热性与机械强度较R型优秀。缺陷：在中低温域之热电动势极小，600℃以下测定温度不准确；热电动势值小；热电动势之直线性欠安；价格昂扬。

K型热电偶：镍铬-镍硅热电偶、镍铬-镍铝热电偶，温度规模-200～1300℃。长处：热电动势之直线性杰出；1000℃以下耐氧化性杰出；在金属热电偶中安定性属杰出。缺陷：不适用于还元性气体环境，特别是一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体；热电动势与贵金属热电偶比较较经时改变较大；受短规模排序之影响会发作差错。

N型热电偶：镍铬硅–镍硅热电偶，温度规模-270～1300℃。长处：热电动势之直线性杰出；1200℃以下耐氧化性杰出；为K型之改进型，受GreenRot之影响较小，耐热温度较K型高。缺陷：不适用于还元性气体环境；热电动势与贵金属热电偶比较较经时改变较大。

E型热电偶：镍铬硅-康铜热电偶，温度规模-270～1000℃。长处：现有热电偶中感度最佳者；与J热电偶比较耐热性杰出；两脚不具磁性；适于氧化性气体环境；价格低廉。缺陷：不适用于还元性气体环境；稍具经历现象。

J型热电偶：铁–康铜热电偶，温度规模-210～1200℃。长处：可运用于还元性气体环境；热电动势较K热电偶大20%；价格较廉价，适用于中温区域。缺陷：(＋)脚易生锈；再现性欠安。

T型热电偶：铜-康铜热电偶，温度规模-270～400℃。长处：热电动势之直线性杰出；低温之特性杰出；再现性杰出、高精度；可运用于还元性气体环境。缺陷：运用温度极限低；(＋)脚之铜易氧化；热传导差错大。

（3）热电偶的结构构成

热电偶的结构方式为了确保热电偶牢靠、安稳地作业，对它的结构要求如下：

①组成热电偶的两个热电极的焊接有必要结实；

②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；

③补偿导线与热电偶自在端的衔接要便利牢靠；

④维护套管应能确保热电极与有害介质充沛阻隔。

（4）热电偶冷端的温度补偿

热电偶自在端温度为0℃，由热电偶测温原理知道，只要当热电偶冷端温度坚持不变时，热电动势才是被测温度的单位函数。在实践运用时，因为热电偶的冷端离热端很近，冷瑞又暴露在空间，简略遭到周围环境温度改变的影响，因而冲端温度难以坚持稳定。为此有必要进行冷端温度补偿处理。

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，它本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℃。

3、IC集成温度传感器

全数字化读取，有必要合作单片机运用，能够衔接成网络运用，三线即可读取温度，电源、地、数据。

4、三极管有时在要求不高时也可当温度传感器运用，可是它线性不是很好，因为其价格低，在多种场合仍是被选用。

二、非触摸式温度传感器的灵敏元件与被测方针互不触摸，又称非触摸式测温外表。

这种外表可用来丈量运动物体、小方针和热容量小或温度改变敏捷（瞬变）方针的外表温度，也可用于丈量温度场的温度散布。最常用的非触摸式测温外表依据黑体辐射的根本定律，称为辐射测温外表。辐射测温法包含亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温办法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只要对黑体（吸收悉数辐射并不反射光的物体）所测温度才是实在温度。如欲测定物体的实在温度，则有必要进行资料外表发射率的批改。而资料外表发射率不只取决于温度和波长，并且还与外表状况、涂膜和微观安排等有关，因而很难准确丈量。在主动化出产中往往需求运用辐射测温法来丈量或操控某些物体的外表温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些详细情况下，物体外表发射率的丈量是适当困难的。关于固体外表温度主动丈量和操控，能够选用附加的反射镜使与被测外表一同组成黑体空腔。附加辐射的影响能进步被测外表的有用辐射和有用发射系数。运用有用发射系数经过外表对实测温度进行相应的批改，终究可得到被测外表的实在温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心邻近被测外表的漫射辐射能受半球镜反射回到外表而构成附加辐射，然后进步有用发射系数。至于气体和液体介质实在温度的辐射丈量，则能够用刺进耐热资料管至必定深度以构成黑体空腔的办法。经过核算求出与介质到达热平衡后的圆筒空腔的有用发射系数。在主动丈量和操控中就能够用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行批改而得到介质的实在温度。