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現代信息技術中溫度傳感器概況

發布時間:2019-05-18  發布者:利坤電子
  現代信息技術的基礎主要包括信息采集、信息傳遞和信息處理。傳感器作為一種檢測裝置,可以檢測到被測量的信息,并能夠通過轉換電路輸出電信號或其它形式的信號,以達到信息的傳遞、處理、儲存、顯示、記錄以及控制等需求。溫度傳感器作為實現溫度檢測的重要元件,廣泛應用于軍事、商業、、等部門。
  目前,溫度傳感器的主要種類為:熱敏電阻、熱電偶、IC以及電阻溫度檢測器(RTD);根據是否接觸,可以分為接觸式溫度傳感器與非接觸式溫度傳感器;根據探溫原件,還可以分為鉑絲溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器;根據結構,鉑熱電阻結構包括愷裝類及工業類。溫度傳感器主要由感溫原件和轉換電路組成,熱電阻的類型較多,金屬鉑與金屬銅經是常用到的電阻材料,在測量溫度區間內,鉑的物理及化學性質穩定,,測量,測溫范圍大(-200℃~950℃),是目前公認的制造熱電阻的原料。鉑的缺點是,所處溫度環境較高時,容易因為還原性介質而變脆,對溫度與電阻的線性關系造成影響,因此,在實際應用中應將鉑電阻放入套管中以起到保護的作用。
  近幾來,溫度傳感器主要經歷了三個發展階段:(1)分離式溫度傳感器;(2)模擬集成溫度傳感器;(3)智能溫度傳感器。近幾十年,學者們出了多種敏感元件,這些敏感元件或能檢測溫度,或者元件的某種特性能夠依據溫度的改變而產生相應的變化。以電方式輸出檢測的敏感元件主要有如下5類:熱敏電阻、紅外溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、硅溫度傳感器以及阻性溫度傳感器。熱電阻測量溫度時,其測溫原理是根據金屬電阻值隨溫度的改變而改變的特性。金屬鉑的電阻值與溫度的改變為正相關,當溫度升高時,鉑的阻值也升高,即正的電阻溫度系數。所以,可以根據測得金屬阻值的改變量相對應的溫度值。適合作為溫度傳感器感溫元件的材料不鉑,銅和鎳也常作為感溫傳感器配件應用在溫度傳感器中。因為鉑的純度可以接近100%,并且還具有如下優點:(1)熔點高,電性質、化學性質穩定;(2)延展性較強,易制成直徑較小的金屬細絲;(3)溫度與電阻的線性關系比較明顯。因此,鉑是最適合制作溫度傳感器的材料。
  鉑電阻是使用鉑作為材料制作成的測量溫度的電阻器件,在測量的溫度時。鉑有多種規格,其中PT100的阻值與溫度可以用多項式近似的表示,家們近幾年出了測量溫度超過1000℃的鉑電阻。研制初期,鉑絲繞制在云母板上或者陶瓷板上,近幾年,學者們研制出了適用于工業化量產的鉑電阻,主要包括薄膜型和厚膜型兩種,其廉,電阻隨溫度變化而產生相應變化的速度較快,熱響應速度,易設計電路,易高電阻值,在低功率消耗的器材中應用廣泛。其實,每種器件都有良好的特性,所以,在現在的實際應用中,云母型鉑熱電阻元件和陶瓷封裝型鉑熱電阻元件也比較普遍,下面對經常用到的鉑電阻進行簡單的介紹。
  (1)玻璃封裝型鉑電阻
  將鉑電阻絲纏繞在玻璃棒上即為鉑絲封裝型鉑電阻,調控0℃時的阻值之后,然后放入玻璃套中。
  (2)云母型鉑電阻
  云母型鉑電阻主要結構是把鉑絲纏繞在兩側溝槽的云母板上,之后再將它夾在云母板中間,為降低鉑絲所受到的應力,需將彈簧板套在最外側。彈簧板的材料為不銹鋼,形狀為半圓形。
  (3)薄膜型鉑電阻在陶瓷管上制成鉑薄膜即為薄膜型鉑電阻,通過工業化生產,這種結構可以降低成本。
  (4)陶瓷封裝型鉑電阻
  將鉑電阻絲放入陶瓷外殼內即為陶瓷封裝型鉑電阻,陶瓷封裝型鉑電阻底端用玻璃料約束,玻璃料能夠承受較高的溫度,這種方式能夠降低鉑絲承受的熱應力。陶瓷的材料為氧化鋁,鉑絲的純度特別高。
  鉑電阻的進步主要與感溫元件有關。溫度變化導致的阻值變化能夠顯示出來,一般經過電路轉變電壓,再經放大、濾波、A/D轉換電路數等過程。鉑熱電阻有三種引線連接種類:(1)二線制:為傳遞出電阻信息,在電阻器的兩頭分別與一根導線相連,二線制的引線形式雖然比較簡單,然而,在實際應用過程中,引線電阻會對測量結果產生影響,所以,二線制引線方式僅適合應用于測量度較低的情況;(2)三線制:鉑熱電阻一端與兩根引線相連,另一端與一根引線相連,三線制的連接方法一般情況下與電路橋一起工作,這可以降低所連接引線的阻值對測量結果的影響,在工業生產中應用非常廣泛;(3)四線制:鉑熱電阻的兩端分別與兩根導線相連,其中,一端的引線供給穩定的電流,另一端引線測量端電壓,引線阻值不影響測量結果,所以四線制的連接方式可以測量數據的準確度,在對溫度要求比較高的測量中應用比較普遍,四線制的引線形式應用在所有的標準鉑電阻溫度計中。日本的工業標準JISC1604-1989是目前鉑電阻規格執行的標準,這與IEC751(電工學會標準)是相同的,為3850ppm/℃,標準電阻為100Ω。目前,鉑絲的引線的連接方式在實際的應用中,由于鉑的電阻比較小,所以導線的電阻不能忽略,因此,為連接導線電阻及其隨環境溫度變化而造成的測量誤差。
 
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