温度是生活中最常见的测量变量之一,因此测量它的方法有很多,包括接触式和非接触式。相应的传感器也有很多,今天就来简单分类介绍一下。

1.红外温度传感器

红外线是一种电磁波,具有与无线电波及可见光一样的本质。红外线的波长在0.76~100μm之间,位于无线电波与可见光之间。任何物体,只要它的温度比零下273.15度高,就无一例外地发射出红外线。因此,通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

红外温度传感器可以测量一个点的温度,典型应用就是红外体温枪;也可以做成一个阵列进行红外成像,比如红外热像仪。它们的特点就是非接触式快速测温,在一些不便于接触测温的场合非常适用。

2.热电偶

热电偶是工业中常用的一种温度传感器。它的工作原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。

热电偶按照金属热电极材料的不同可以分为以下几种类型:

热电偶有以下特点:

温度相同时,不同类型的热电偶所产生的热电动势也不同,但这只跟热电极材料有关,与热电偶长度、直径无关。

当热电偶的类型确定后,其热电动势只与热电偶工作端与冷端的温度差有关,如果热电偶冷端温度不变,则热电动势是工作端温度的单值函数。但实际使用时,冷端温度不可能保持不变,因此一般都需要进行冷端补偿,也就是需要一种其它类型的温度传感器测量冷端的温度。很多用于热电偶信号采集的AD芯片已经在内部集成了温度传感器,可以用作冷端补偿。

3.热电阻(RTD)

热电阻(RTD)是一种温度传感器件,通常由铂、镍或铜制成,其中以铂电阻最为常见(PT100/PT1000)。RTD可以采用许多不同的形状,例如绕线,薄膜,它的电阻随温度而线性变化。以PT100为例,其在0℃时阻值为100Ω,温度每增加(减少)1度,阻值增加(减少)0.385Ω。测量范围可达-200℃~+850℃

通过测量阻值即可实现温度测量,常用的方法有恒流法、电压比例法、电桥法等。使用时需要注意流过传感器的电流不宜过大,否则会产生自发热影响测量精度。

4.热敏电阻

热敏电阻也是一种传感器电阻,但与RTD不同的是,它通常采用锰,钴,铀等的陶瓷材料制成,是一种半导体器件。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。它的阻值一般比较大,且与温度的关系是非线性的,一般通过查表法来进行温度测量。

其特点是,在一定范围内灵敏度很高,温度系数比RTD大几十倍,因此可以实现较高分辨率的温度测量。

另外,正温度系数热敏电阻(PTC)根据其特性,还可以用于电路的过流保护。

5.温度传感器芯片

芯片类型的温度传感器可以分为两种:模拟输出和数字输出。模拟输出的一般输出电压或电流信号,与温度成正比,比如AD590,输出电流随温度变化,系数为1 µA/K。LMT90,输出电压信号,系数为+10.0mV/°C 。数字输出最常见的有DS18B20,单总线接口,也有一些I2C、Uart等接口的芯片。

芯片类温度传感器一般是通过PN结的温度特性来实现的,晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时,下降-2mV。利用这种特性在结合信号调理电路封装成芯片。这种传感器的特点是测温范围相对较小,一般在-40℃~125℃左右,精度和分辨率也有限,能满足生活中的普通需求。

结语

上面介绍的是几种常用类型的传感器的特点,后面会对每种传感器的使用方法进行具体的介绍,敬请期待。

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