P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸,又稱溫度計(jì)。 溫度傳感器
溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡,從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi),溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差,常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門(mén)。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門(mén)的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究,測(cè)量120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展,如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件,可用于測(cè)量1.6~300K范圍內(nèi)的溫度。 各式樣溫度傳感器
P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸,又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對(duì)象的表面溫度,也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。 溫度傳感器
zui常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律,稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法(見(jiàn)光學(xué)高溫計(jì))、輻射法(見(jiàn)輻射高溫計(jì))和比色法(見(jiàn)比色溫度計(jì))。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體(吸收全部輻射并不反射光的物體)所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度,則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(zhǎng),而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān),因此很難測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來(lái)測(cè)量或控制某些物體的表面溫度,如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下,物體表面發(fā)射率的測(cè)量是相當(dāng)困難的。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制,可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測(cè)表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過(guò)儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正,zui終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。zui為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射,從而提高有效發(fā)射系數(shù)式中ε為材料表面發(fā)射率,ρ為反射鏡的反射率。于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測(cè)量,則可以用插入耐熱材料管一定深度以形成黑體空腔的方法。通過(guò)計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)測(cè)量和控制中就可以用此值對(duì)所測(cè)腔底溫度(即介質(zhì)溫度)進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。 非接觸測(cè)溫:測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因而對(duì)zui高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于1800℃以上的高溫,主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展,輻射測(cè)溫 溫度傳感器
逐漸由可見(jiàn)光向紅外線擴(kuò)展,700℃以下直常溫都已采用,且分辨率很高。
P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
原理
當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路,其兩端相互連接時(shí),只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同,一端溫度為T(mén),稱為工作端或熱端,另一端溫度為T(mén)O,稱為自由端(也稱參考端)或冷端,則回 溫度傳感器
路中就有電流產(chǎn)生,如圖2-1(a)所示,即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè):其一,當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向),稱為珀?duì)柼?yīng);其二,當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)于溫度梯度的方向),稱為湯姆遜效應(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì),此電勢(shì)與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢(shì),此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān),而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。無(wú)論接觸電勢(shì)或溫差電勢(shì)都是由于集中于接觸處端點(diǎn)的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢(shì),熱電偶測(cè)量的熱電勢(shì)是二者的合成。當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí),在斷開(kāi)處a,b之間便有一電動(dòng)勢(shì)差△V,其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)一致。并規(guī)定在冷端,當(dāng)電流由A流向B時(shí),稱A為正極,B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)△V很小時(shí),△V與△T成正比關(guān)系。定義△V對(duì)△T的微分熱電勢(shì)為熱電勢(shì)率,又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。
種類
目前,際電工委員會(huì)(IEC)推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,即為T(mén)型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。
編輯本段熱電阻
材料特性
導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變,通過(guò)測(cè)量其阻值推算出被測(cè)物體的溫度,利用此原理構(gòu) 溫度傳感器
成的傳感器就是電阻溫度傳感器,這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。純金屬是熱電阻的主要制造材料,熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性: ?、匐娮铚囟认禂?shù)要大而且穩(wěn)定,電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。 ?、陔娮杪矢?,熱容量小,反應(yīng)速度快。 ?、鄄牧系膹?fù)現(xiàn)性和工藝性好,價(jià)格低。 熱敏電阻溫度特性 ?、茉跍y(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。 目前,在工業(yè)中應(yīng)用zui廣的鉑和銅,并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮琛?br />鉑電阻
鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線性(如右圖),在0~630.74℃范圍內(nèi)可用下式表示Rt=R0(1+At+Bt2)在-190~0℃范圍內(nèi)為Rt=R0(1+At+Bt2十Ct3) 。 式中:RO、Rt為溫度0°及t°時(shí)鉑電阻的電阻值,t為任意溫度,A、B、C為溫度系數(shù),由實(shí)驗(yàn)確定,A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2,C=-4.22×10-l2/℃3。由公式可看出, 溫度傳感器
當(dāng)R0值不同時(shí),在同樣溫度下,其Rt值也不同。
銅電阻
在測(cè)溫精度要求不高,且測(cè)溫范圍比較小的情況下,可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50~150℃的溫度范圍內(nèi),銅電阻與溫度成線性關(guān)系,其電阻與溫度關(guān)系的表達(dá)式為Rt=R0(1+At)(2-3)式中,A=4.25×10-3~4.28×10-3℃為銅電阻的溫度系數(shù)。
編輯本段模擬溫度傳感器
傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器,如熱電偶、熱敏電阻和RTDS對(duì)溫度的監(jiān)控,在一些溫度范圍內(nèi)線性 溫度傳感器P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
不好,需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償;熱慣性大,響應(yīng)時(shí)間慢。集成模擬溫度傳感器與之相比,具有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快等,而且它還將驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上,有實(shí)際尺寸小、使用方便等。常見(jiàn)的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。這里主要介紹該類器件的幾個(gè)典型。
AD590溫度傳感器
AD590是美模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器,供電電壓范圍為3~30V,輸出電流223μA(-50℃)~423μA(+150℃),靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí),R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大,以AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源,zui高可達(dá)20MΩ,所以它不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量的控制。
LM135/235/335溫度傳感器
LM135/235/335系列是美家半導(dǎo)體公司(NS)生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感 溫度傳感器
器,工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K,具有小于1Ω的動(dòng)態(tài)阻抗,工作電流范圍從400μA到5mA,精度為1℃,LM135的溫度范圍為-55℃~+150℃,LM235的溫度范圍為-40℃~+125℃,LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該系列器件廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫差測(cè)量以及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中。
編輯本段邏輯輸出型溫度傳感器
在許多應(yīng)用中,我們并不需要嚴(yán)格測(cè)量溫度值,只關(guān)心溫度是否超出了一個(gè)設(shè)定范圍,一旦溫度超出所規(guī)定的范圍,則發(fā)出報(bào)警信號(hào),啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設(shè)備,此時(shí)可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
LM56溫度開(kāi)關(guān)
LM56是NS公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開(kāi)關(guān),內(nèi)置1.25V參考電壓輸出端。zui大只能帶50μA的負(fù)載。電源電壓從2.7~10V,工作電流zui大230μA,內(nèi)置傳感器的靈敏度為6.2mV/℃,傳感器輸出電壓為6.2mV/℃×T+395mV。P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
溫度監(jiān)控開(kāi)關(guān)
MAX6501/02/03/04是具有邏輯輸出和SOT-23封裝的溫度監(jiān)視器件 開(kāi)關(guān),它的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單:用戶選擇一種接近于自己需要的控制的溫度門(mén)限(由廠方預(yù)設(shè)在-45℃到+115℃,預(yù)設(shè)值間隔為10℃)。直接將其接入電路即可使用,無(wú)需任何外部元件。其 溫度傳感器
中MAX6501/MAX6503為漏極開(kāi)路低電平報(bào)警輸出,MAX6502/MAX6504為推/拉式高電平報(bào)警輸出。MAX6501/MAX6503提供熱溫度預(yù)置門(mén)限(35℃到+115℃),當(dāng)溫度高于預(yù)置門(mén)*報(bào)警;MAX6502/MAX6504提供冷溫度預(yù)置門(mén)限(-45℃到+15℃),當(dāng)溫度低于預(yù)置門(mén)*報(bào)警。對(duì)于需要一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度超限報(bào)警而又空間有限的應(yīng)用如筆記本電腦、蜂窩等應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常的,該器件的典型溫度誤差是±0.5℃,zui大±4℃,滯回溫度可通過(guò)引腳選擇為2℃或10℃,以避免溫度接近門(mén)限值時(shí)輸出不穩(wěn)定。這類器件的工作電壓范圍為2.7V到5.5V,典型工作電流30μA。
編輯本段數(shù)字式溫度傳感器
MAX6575/76/77數(shù)字溫度傳感器
如果采用數(shù)字式接口的溫度傳感器,上述設(shè)計(jì)問(wèn)題將得到簡(jiǎn)化。同樣,當(dāng)A/D和微處理器的I/O管腳短缺時(shí),采用時(shí)間或頻率輸出的溫度傳感器也能解決上述測(cè)量問(wèn)題。以MAX6575/76/77系列SOT-23封裝的溫度傳感器為例,這類器件可通過(guò)單線和微處理器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳送,提供三種靈活的輸出方式--頻率、周期或定時(shí),并具備±0.8℃的典型精度,一條線zui多允許掛接8個(gè)傳感器,150μA典型電源電流和2.7V到5.5V的寬電源電壓范圍及-45℃到+125℃的溫度范圍。它輸出的方波信號(hào)具有正比于溫度的周期,采用6腳SOT-23封裝,僅占很小的板面。該器件通過(guò)一條I/O與微處理器相連,利用微處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器測(cè)出周期后就可計(jì)算出溫度。
其它
DS1612是美達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS數(shù)字式溫度傳感器。內(nèi)含兩個(gè)不揮發(fā)性存儲(chǔ)器,可以在存儲(chǔ)器中任意的設(shè)定上限和下限溫度值進(jìn)行恒溫器的溫度控制,由于這些存儲(chǔ)器具有不揮發(fā)性,因此一次定入后,即使不用CPU也仍然可以獨(dú)立使用。DS1612傳感器溫度測(cè)量原理和精度:在芯片上分別設(shè)置了一個(gè)振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器(OSC1)和一個(gè)溫度系數(shù)較小的振蕩器(OSC2)。在溫度較低時(shí),由于OSC2的開(kāi)門(mén)時(shí)間較短,因此溫度測(cè)量計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值(n)較小;而當(dāng)溫度較高時(shí),由于OSC2的開(kāi)門(mén)時(shí)間較長(zhǎng),其計(jì)數(shù)值(m)增大。如果在上述計(jì)數(shù)值基礎(chǔ)上再加上一個(gè)同實(shí)際溫度相差的校正數(shù)據(jù),就可以構(gòu)成一個(gè)高精度的數(shù)字溫度傳感器。該公司將這個(gè)校正值定入芯片中的不揮發(fā)存儲(chǔ)器中,這樣傳感器輸出的數(shù)字量就可以作為實(shí)際測(cè)量的溫度數(shù)據(jù),而不需要再進(jìn)行校準(zhǔn)。它可測(cè)量的溫度范圍為-55℃~+125℃,在0℃~+70℃范圍內(nèi),測(cè)量精度為±0.5℃,輸出的9位編碼直接與溫度相對(duì)應(yīng)。DS1621同外部電路的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的通信是通過(guò)雙向總線來(lái)實(shí)現(xiàn)的,由CPU生成串行時(shí)鐘脈沖(SCL),SDA是雙向數(shù)據(jù)線。通過(guò)地址引腳A0、A1、A2將8個(gè)不同的地址分配給各器件。通過(guò)設(shè)定寄存器來(lái)設(shè)置工作方式,并對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。被測(cè)的溫度數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在溫度傳感器寄存器中,高溫(TH)和低溫(TL)閾值寄存器存儲(chǔ)了恒溫器輸出(Tout)的閾值?,F(xiàn)在,各種集成的溫度傳感器的功能越來(lái)越化。比如,MAXIM公司近期推出的MAX1619是一種增強(qiáng)型遠(yuǎn)端數(shù)字溫度傳感器,能夠監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)端P-N結(jié)和其自身封裝的溫度。它具有雙報(bào)警輸出:ALERT和OVERT。ALERT用于指示各傳感器的高/低溫狀態(tài),OVERT信號(hào)等價(jià)于一個(gè)自動(dòng)調(diào)溫器,在遠(yuǎn)端溫度傳感器超上*觸發(fā),MAX1619與MAX1617A*軟件兼容,非常適合于系統(tǒng)關(guān)斷或風(fēng)扇控制,甚在系統(tǒng)“死鎖”后仍能正常工作。美達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的DS1615是有記錄功能的溫度傳感器。器件中包含實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)字式溫度傳感器、非易失性存儲(chǔ)器、控制邏輯電路以及串行接口電路。數(shù)字溫度傳感器的測(cè)量范圍為-40℃~+85℃,精度為±2℃,讀取9位時(shí)的分辨率是0.03125℃。時(shí)鐘提供的時(shí)間從秒年月,并對(duì)到2100年以前的閏年作了修正。電源電壓為2.2V~5.5V,8腳SOIC封裝。DS17775是數(shù)字式溫度計(jì)及恒溫控制器集成電路。其中包含數(shù)字溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字寄存器、恒溫控制比較器以及兩線串行接口電路。供電電壓在3V5V時(shí)的測(cè)量溫度精度為±2℃,讀取9位時(shí)的分辨率是0.5℃,讀取13位時(shí)的分辨率是0.03125℃。P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
編輯本段發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿產(chǎn)品,尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等域,數(shù)量高居各種傳感器之。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段;(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件);(2)模擬集成溫度傳感器/控制器;(3)智能溫度傳感器。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。在20世紀(jì)90年代中期zui早推出的智能溫度傳感器,采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器,其測(cè)溫精度較低,分辨力只能達(dá)到1°C。外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器,所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器,分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625°C。由美DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器,能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù),其分辨力高達(dá)0.03125°C,測(cè)溫精度為±0.2°C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率,也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例,它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27us、9us。進(jìn)入21世紀(jì)后,智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。目前,智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。P+F傳感器,P+F壓力傳感器,P+F溫度傳感器、39529839、39529830:?jiǎn)螛s兵
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