温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器,它是温度测量仪表的核心部分,品种繁多,被广泛应用于各个领域。以下是对温度传感器的详细介绍:
一、分类
温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
接触式温度传感器:检测部分与被测对象有良好的接触,通过传导或对流达到热平衡,使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高,但在一定的测温范围内,对于运动体、小目标或热容量很小的对象可能会产生较大的测量误差。常见的接触式温度传感器有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计(如PT100)、热敏电阻和温差电偶等。
非接触式温度传感器:敏感元件与被测对象互不接触,可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。非接触式温度传感器基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表,常用的有红外温度传感器和光纤温度传感器。
此外,按传感器材料及电子元件特性,温度传感器还可分为热电阻和热电偶两类;而按输出信号的模式,则可大致划分为数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器等。
二、工作原理
不同类型的温度传感器工作原理各异,以下介绍几种常见类型的工作原理:
热电偶温度传感器:基于两种不同金属组成的闭合回路中产生的热电势与温度的关系来测量温度。当两种不同导体和半导体A和B组成一个回路,且两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,回路中就有电流得产生,该电流称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。
热电阻温度传感器:利用金属或半导体的电阻值随温度变化的特性进行测温。纯金属是热电阻的主要制造材料,其中铂和铜在工业中应用非常广,并已制作成标准测温热电阻。
热敏电阻温度传感器:其电阻值对温度变化极为敏感,通常分为正温度系数和负温度系数两种。负温度系数热敏电阻在温度升高时,电阻值迅速下降。热敏电阻具有非线性的温度电阻关系,但能够在工作范围内为非常小的温度变化提供大的电阻变化,因此灵敏度高。
红外温度传感器:通过接收物体发出的红外辐射能量来测量温度,无需接触被测物体。在自然界中,当物体的温度高于零度时,就会不断地向四周辐射电磁波,其中包含了波段位于0.75~100μm的红外线,红外温度传感器就是基于这一原理制作的。
三、应用领域
温度传感器能够将温度变化转换为电信号,从而实现对温度的实时监测和控制,其应用领域非常广泛,具体如下:
工业自动化:温度传感器是实现精确控制的关键组件,用于监控和调节生产过程中的温度,确保产品质量和生产效率。
化工行业:在化学反应过程中,温度控制至关重要,温度传感器可以监测反应器、储罐和管道中的温度,以防止过热或冷却不足。
金属加工:用于监控炉温和金属温度,以确保材料达到所需的加工温度。
食品加工:用于监控食品的温度,以保证食品安全和延长保质期。
环境监测:是保护自然和人类健康的重要工作,温度传感器在这一领域扮演着重要角色,如气象站用温度传感器监测和记录气温、地表温度和湿度等数据。
医疗健康:对于监测人体温度和医疗设备的温度控制至关重要,如体温监测、监控培养箱和恒温水浴的温度等。
冷链物流:用于监控冷链物流的温度,确保药品的活性和安全性。
汽车行业:用于监控发动机的冷却液温度和排气温度,以优化燃油效率和减少排放;用于监控电池组的温度,以防止过热和延长电池寿命;用于车内空调系统,以提供舒适的驾驶环境。
家用电器:用于提高能效和用户体验,如空调、暖气、冰箱、冷柜、烤箱和微波炉等设备中均使用了温度传感器。
建筑和基础设施:对于能源管理和安全至关重要,如用于监测桥梁和道路的温度,以预防结构损坏和交通事故;用于监控数据中心的温度和湿度,以保护敏感的电子设备。
能源行业:对于发电、输电和配电的安全和效率至关重要,如用于监控发电机、变压器和输电线路的温度,以确保电力系统的稳定运行;用于监控光伏板和逆变器的温度,以优化能源转换效率;用于监控风力涡轮机的轴承和发电机的温度,以预防过热和机械故障。
航空航天:对于飞行器的安全和性能至关重要,如用于监控飞机的发动机、液压系统和电子设备的温度,以确保飞行安全;用于监控卫星和航天器内部和外部的温度,以保护敏感的电子设备和仪器。
四、选型注意事项
在挑选温度传感器时,需要考虑以下因素:
被测对象的环境条件:确保测温元件不会因环境条件而受到损害。
测温需求:考虑被测对象的温度是否需要记录、报警和自动控制,以及是否需要远距离测量和传送。
测温元件的滞后性:在被测对象温度随时间变化的场合,测温元件的滞后能否适应测温要求。
测温范围和精度:明确测温范围的大小和精度要求,选择适当的温度传感器。
测温元件大小:测温元件的大小是否适当,以确保能够准确测量被测对象的温度。
价格和使用便利性:考虑温度传感器的价格以及使用的便利性,选择性价比高的产品。
综上所述,温度传感器是一种重要的温度测量仪表,具有广泛的应用领域和重要的应用价值。在选择和使用温度传感器时,需要根据具体的测温需求和被测对象的特点进行综合考虑。