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温度传感器研究综述
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摘要:本文主要介绍了热敏电阻、电阻温度探测器、热电偶和IC温度传感器4种温度传感器,并对这4种温度传感器进行了比较。
关键词:温度传感器;热敏电阻;电阻温度探测器;热电偶;IC温度传感器
温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量,也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一,同时它也是一种最基本的环境参数。温度与人们的生活息息相关,在工业、农业、生产、生活等领域中,都需要对温度进行测量和控制[1]。例如,在粮仓需要对粮食进行多点温度检测,以避免粮食的腐烂和变质;在造纸、纺织等行业中,需要测量旋转滚筒表面的多点温度。许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行;炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品[2];没有合适的温度环境,许多电子设备不能正常工作等等。由此可见,温度测量在保证产品质量,提高生产效率,节约能源,安全生产,促进国民经济发展等诸多方面起到了至关重要的作用。所以研究温度的检测具有重要的理论意义和推广价值。
我们之所以能对不同条件不同阶段的温度进行测量,其实全靠温度传感器。温度传感器就是应用系统与现实世界之间的桥梁。主要的温度传感器有热敏电阻器、电阻温度探测器、热电偶和IC温度传感器等。
常用的温度传感器
热敏电阻器
热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的敏感元件[3-4]。在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热电敏阻器。图1中为四种常见的热敏电阻器的电阻-温度特性曲线。曲线 1是金属
图1热敏电阻器的电阻-温度特性曲线
热敏电阻器。它的电阻值随温度上升而线性增加,电阻温度系数为+-1左右。曲线2是普通负温度系数热敏电阻器。它的电阻值随温度上升而呈指数减小,室温下的电阻温度系数为
--1~--1。曲线3是临界热敏电阻器(CTR)。它的电阻值在某一特定温度附近随温度上升而急剧减小,变化量达到2~4个数量级。曲线4A和4B是钛酸钡系正温度系数热敏电阻器。前者为缓变型,室温下的电阻温度系数在+~+-1之间;后者为开关型,在某一较小温度区间,电阻值急增几个数量级,电阻温度系数可达+~+-1。
电阻温度探测器
电阻温度探测器(RTD)实际上是一根特殊的导线,它的电阻随温度变化而变化,通常RTD材料包括铜、铂、镍及镍/铁合金[5]。RTD元件可以是一根导线,也可以是一层薄膜,采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料基底上。RTD的电阻值以0℃阻值作为标称值。0℃,100Ω铂RTD电阻在1℃,50℃。RTD的误差要比热敏电阻小,对于铂来说,%,%。除误差和电阻较小以外,RTD与热敏电阻的接口电路基本相同。
热电偶是温度测量中最常用的温度传感器[6-7]。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境, 而且结实、价低,无需供电,也是最便宜的。热电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构