溫度傳感器簡介

溫度傳感器溫度與溫標(biāo)展望溫度傳感器溫度與溫標(biāo)展望溫度傳感器溫度與溫標(biāo)溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是物體內(nèi)部分子無規(guī)則劇烈運(yùn)動程度的標(biāo)志，是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍、最重要的熱工參數(shù)之一。溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個基本量之一。由于溫度是直接影響生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、能源使用情況等的因素，因而對溫度的檢測提出了更高的要求。為了定量地描述溫度，引入一個概念─—溫標(biāo)。溫標(biāo)是衡量物體溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度，是溫度的數(shù)值表示方法，是規(guī)定溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量的基本單位。國際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、列氏溫標(biāo)（德國）、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)（美國）。溫度與溫標(biāo)1、攝氏溫標(biāo)水銀體膨脹是線性；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是攝氏零度，沸點(diǎn)為100度，而將汞柱在這兩點(diǎn)間等分為100格，每等分格為攝氏1度，標(biāo)記為℃。1740年瑞典人攝氏2、華氏溫標(biāo)

1714年德國人法倫海脫以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃棒水銀溫度計(jì)。規(guī)定水的沸點(diǎn)為212度，氯化銨與冰的混合物為0度，中間等分為212份，每一份為1度記作℉。稱為華氏溫標(biāo)。列氏溫標(biāo)（記為°Ré或°R）由法國科學(xué)家列奧米爾於1731年提出的。水的冰點(diǎn)被定為0列氏度，而沸點(diǎn)則為80列氏度。因此，如欲將列氏溫標(biāo)表示的溫度轉(zhuǎn)為攝氏溫標(biāo)，須把列氏乘上1.25（即℃=1.25×°Ré）。如換成熱力學(xué)溫標(biāo)，則使用K=1.25×°Ré+273.15。溫度與溫標(biāo)3、列氏溫標(biāo)1954年，國際計(jì)量會議選定水的三相點(diǎn)為273.16，并以它的1/273.16定為一度。1848年威廉·湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開爾文總結(jié)出來的，故又稱開爾文溫標(biāo)，用符號K表示。4、熱力學(xué)溫標(biāo)溫度是不能直接加以測量的，它只能借助于冷、熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接的測量。世界上第一支溫度計(jì)是由意大利著名科學(xué)家伽利略于1597年制出的氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。但真正把溫度變成電信號的傳感器是由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的,就是后來的熱電偶傳感器.50年以后,德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計(jì)。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下,本世紀(jì)相繼開發(fā)了包含半導(dǎo)體熱電偶傳感器在內(nèi)的多種溫度傳感器。與之相應(yīng),根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律,相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類型的溫度傳感器。溫度監(jiān)測的發(fā)展紅外測溫水銀溫度計(jì)生活用品熱電偶傳感器溫度與溫標(biāo)展望溫度傳感器溫度與溫標(biāo)展望溫度傳感器溫度傳感器的來源溫度傳感器是應(yīng)用最廣的傳感器之一，從空調(diào)、冰箱、電飯煲等家電產(chǎn)品直至PC機(jī)、手機(jī)等，都需要具有溫度傳感功能的器件。氣體溫度傳感器冰箱內(nèi)的溫度傳感器溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，使用數(shù)量高居各種傳感器之首。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，而國內(nèi)的溫度傳感器大多停留在分離式，即傳感器與變送器分離。因此對溫度傳感器的研究十分必要。溫度傳感器的來源用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器溫度傳感器的發(fā)展溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個階段。（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件），主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。（2）模擬集成溫度傳感器/控制器。（3）智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。電流輸出型溫度傳感器能產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出電流輸出型溫度傳感器能產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出分立式溫度傳感器溫度傳感器的發(fā)展產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出。模擬集成溫度傳感器智能溫度傳感器IRM-S01T智能溫度傳感器，用于測量顯示環(huán)境溫度溫度傳感器的分類一：溫度傳感器按傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。接觸式：接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導(dǎo)及對流原理達(dá)到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。常用的有：熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。特點(diǎn)：精度較高。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定性好、價格低；但有較大的滯后現(xiàn)象，不方便對運(yùn)動物體進(jìn)行溫度測量，被測對象的溫場易受傳感器的影響，感溫元件材料的性質(zhì)決定測溫范圍等。溫度傳感器的分類非接觸式：非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。常用的非接觸式傳感器：(1)輻射式溫度計(jì)：基于普朗克定理光電高溫計(jì)，輻射溫度計(jì)，比色溫度計(jì)。(2)光纖式溫度計(jì)：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計(jì)。特點(diǎn)：此種測溫方法的主要特點(diǎn)是可測量運(yùn)動狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對象，不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場，在被測物體為運(yùn)動物體時尤為適用。但精度不高，且受環(huán)境的影響比較大。1）電阻式（半導(dǎo)體熱敏電阻、鉑電阻、銅電阻等）2）PN結(jié)式（溫敏二極管、溫敏三極管、溫敏閘流管、集成溫度傳感器等）3）熱電式（熱電偶、熱釋電型溫度傳感器）4）輻射式（光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)等）

5）其他〔電容式（熱敏電容）、頻率式（石英溫度計(jì)）、表面波溫度傳感器、超聲波溫度傳感器等〕溫度傳感器的分類二：若以原理和物理效應(yīng)來綜合分類，大致可分為五類石英溫度計(jì)溫度傳感器的原理溫度傳感器熱信號電信號測量：溫度和與溫度有關(guān)的參量傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。優(yōu)點(diǎn)：信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可以遠(yuǎn)傳、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。缺點(diǎn)：需要電源激勵、有（會影響測量精度）自熱現(xiàn)象以及測量溫度不能太高，目前只能達(dá)到-50～300℃。常用溫度傳感器電阻式溫度傳感器工作原理：熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，實(shí)現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。有金屬（鉑、銅和鎳）熱電阻及半導(dǎo)體熱電阻（稱為熱敏電阻）。廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等常用溫度傳感器電阻式溫度傳感器典型的熱阻式傳感器熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。熱電阻的結(jié)構(gòu):熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。電阻體由電阻絲、引出線、骨架等組成。常用溫度傳感器熱電偶溫度傳感器工作原理：熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)，在兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成的閉合回路中，如果它們兩個接點(diǎn)的溫度不同，則回路中產(chǎn)生一個電動勢，通常我們稱這種現(xiàn)象為熱電勢，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB熱端冷端回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。特點(diǎn)：測量范圍寬、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、信號可以遠(yuǎn)傳和記錄。常用溫度傳感器熱電偶溫度傳感器熱電偶的結(jié)構(gòu)通常都是由熱電極、絕緣材料、保護(hù)套管和接線盒等主要部分組成。常用溫度傳感器光纖溫度傳感器

光纖結(jié)構(gòu):光纖為玻璃光纖，其結(jié)構(gòu)如圖所示，它由導(dǎo)光的纖芯及其周圍的包層組成，包層的外面常有塑料或橡膠等保護(hù)套。包層折射率n1略小于纖芯折射率n2，它們的相對折射率差Δ

通常Δ為0.005～0.14這樣的構(gòu)造可以保證入射到光纖內(nèi)的光波集中在芯子內(nèi)傳播。常用溫度傳感器光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器按其工作原理可分兩大類：功能型和非功能型。1、功能型:功能型也稱物性型或傳感型，是利用其某種參數(shù)隨溫度變化的特性作為傳感器的主體，即將其作為敏感元件進(jìn)行測溫。常用溫度傳感器光纖溫度傳感器2、非功能型:非功能型也稱結(jié)構(gòu)型或傳光型，光纖在這類傳感器中只是作傳光的媒質(zhì)，還須要加上其它的敏感元件才能構(gòu)成傳感器常用溫度傳感器光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器的基本工作原理：是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，待測參數(shù)溫度與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光。再經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。光纖工作的基礎(chǔ)是光的全反射。當(dāng)端面入射的光滿足全反射條件時

即使用時應(yīng)使入射光處于2θc的光錐角內(nèi)，光纖才能理想地導(dǎo)光。否則，這些光線便從包層中逸出而產(chǎn)生漏光。

常用溫度傳感器光纖溫度傳感器特點(diǎn)：①電絕緣性能好。②抗電磁干擾能力強(qiáng)。③非侵入性。④高靈敏度。⑤容易實(shí)現(xiàn)對被測信號的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。常用溫度傳感器光纖溫度傳感器發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏色的光線，通過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東方明珠球體的表面。在計(jì)算機(jī)控制下，可產(chǎn)生動態(tài)圖案。常用溫度傳感器光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器應(yīng)用：（1）干涉式光纖溫度傳感器；（2）分布式光纖溫度傳感器；（3）非接觸式雙波長光纖溫度傳感器；（4）接觸式雙波長光纖溫度傳感器；（5）半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器；（6）使用雙金屬片的光纖溫度傳感器；（7）新型結(jié)構(gòu)光纖溫度傳感器；（8）光纖熒光溫度傳感器，等。除了上述幾類常用傳感器，還有集成數(shù)字溫度傳感器、石英晶體測溫傳感器、輻射式溫度傳感器、薄膜熱傳感器等在現(xiàn)代傳感器運(yùn)用中比較廣泛。常用溫度傳感器溫度與溫標(biāo)展望溫度傳感器溫度與溫標(biāo)展望溫度傳感器今后研究方向：（1）提高測溫精度和分辨力；（2）增加測試功能；（3）總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化；（4）可靠性及安全性設(shè)計(jì)；（5）虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器；虛擬傳感器：虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計(jì)算機(jī)平臺、并通過軟件開發(fā)而成的。利用軟件呵完成傳感器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器：網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳感器。原理：數(shù)字傳感器首先將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理。最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享，在更換傳感器時無須進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用”