温传感器基础知识大全资格考试证券从业资格考试_通信电子-数据通信与网络.pdf

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1、 温度传感器基础知识大全 温度传感器使用在多种应用中，例如食品加工、HVAC 环境控制、医疗装置、化学处理与汽车引擎盖内部监控（如冷却液、进气孔、汽缸头温度等）。温度传感器能测量温度，确保流程维持在特定范围内，以便安全执行应用；或者也可确保在处理极高温度、危险或无法触及的测量点时符合法定规定。温度传感器分为两种主要类型：接触式和非接触式。接触式感测器包括热电偶和热敏电阻，在量测时会接触受测物体；非接触式感测器则会量测热源所释放的温度辐射，藉此判定其温度。非接触式感测器能从远方测量温度，通常用於危险环境中。温度传感器类型 1.热电偶 热电偶(TC)是一对由两种不同金属所制成的接面所组成。其中一个

2、接面代表基准温度，另一个则是测得温度。运作方式是温度差异会产生电压（席贝克效应，受温度影响），然後此电压会转换成温度读数。TC 成本低廉、坚固可靠、无需电池，并且能用於宽广的温度范围，因此受到采用。热电偶能在高达 2,750C 下达到良好效能，甚至能在高达 3,000C 和低至-250C 下短暂维持运作。热电偶的优势与难题：量测值为自身温度。物体的温度必须经过推定，且使用者必须确保热电偶之间无热流动。长期使用後容易发生温度读数错误。原因为何？线路的绝缘层受潮或受热导致失效，?或是受到环境中的化学物质、核子辐射或机械性干扰。热电偶属於电气导体，因此不可接触其他电力来源。接面处无法进行量测。与电阻

3、式温度计相比，这些元件反应速度较快。2.热敏电阻 热敏电阻，如同热电偶一样是不昂贵、立即可取得、容易使用，并且可调适的温度传感器。但是仅可进行简易的温度量测，无法用於高温应用。由具有电阻性的半导体材料制成，对温度特别敏感。热敏电阻的电阻值会在温度上升时降低，因此温度变化时，即可预测电阻的变动。广泛用於涌入电流限制器、温度传感器、自我重置式过电流保护器，以及自我调节加热单元。热敏电阻与电阻温度侦测器(RTD)的不同之处在於：1)RTD 的材质为纯金属，2)两者对温度的反应不同。热敏电阻可依据 k 的符号分为两类（此函数指 Steinhart-Hart 热敏电阻公式，能将热敏电阻的电阻值转换成凯氏

4、温度度数）。若 k 为正值，电阻会随着温度上升而增加，而此元件则称为正温度系数(PTC)热敏电阻。若 k 为负值，电阻会随着温度上升而减少，而此元件则称为负温度系数(NTC)热敏电阻。本文将探讨 NTC 热敏电阻的一个例子：GE 的 Type MA 系列热敏电阻组件，专为间断或持续性病患体温监测用途所设计。此应用要求可重复性和快速反应，特别是用於婴儿照护与一般麻醉过程。MA300（图 1）以病患的皮肤区域做为体温指标，即可方便进行例行且持续性的病患体温监测。本产品采用不锈钢外罩，因此适合重复使用和抛弃式应用，并可为病患提供最大的使用舒适度。在 25C 下，提供的标称电阻值包括 2,252、3,

5、000、5,000 和 10,000。GE 的 MA300 热敏电阻组件 图 1：GE 的 MA300 热敏电阻组件系由不锈钢制成，采用医疗级 PVC Teflon 绝缘。（资料来源：GE）部监控如冷却液进气孔汽缸头温度等温度传感器能测量温度确保流程维持在特定范围内以便安全执行应用或者也可确保在处理极高温度危险或无法触及的测量点时符合法定规定温度传感器分为两种主要类型接触式和非接触式接触式温度非接触式感测器能从远方测量温度通常用於危险环境中温度传感器类型热电偶热电偶是一对由两种不同金属所制成的接面所组成其中一个接面代表基准温度另一个则是测得温度运作方式是温度差异会产生电压席贝克效应受温度达下达

6、到良好效能甚至能在高达和低至下短暂维持运作热电偶的优势与难题量测值为自身温度物体的温度必须经过推定且使用者必须确保热电偶之间无热流动长期使用後容易发生温度测电阻的变动广泛用於涌入电流限制器温度传感 3.电阻温度侦测器 电阻温度侦测器(RTD)是具有电阻的温度传感器，会在温度变化时同时改变电阻值。RTD 以准确性、可重复性与可靠度着名，薄膜型可在-50C 至 500C 的宽广温度范围内使用，绕线型可在-200C 至 850C 内使用。薄膜型 RTD 单元的基板上具有一层铂薄膜。电路布局经过微调，能提供指定电阻。并附有引线，且组件经过镀层，可保护薄膜和连接部分。比较之下，绕线式单元属於陶瓷管或玻璃

7、管封装的线圈，或者是沿着玻璃或陶瓷材质缠绕。Honeywell 的 TD 系列是 RTD 的例子之一，可用於 HVAC（室温、风管和冰箱温度）、马达过载保护以及汽车（空气或汽油温度）应用。在 TD 系列中，TD4A 液体温度传感器具有双端子螺纹式阳极镀铝外罩。此环境密封式液体温度传感器能简化安装，例如安装於卡车侧边，但并不能完全浸入液体中。单一时间常数在静止空气中的典型反应时间为 4 分钟，在静止水中为 15 秒。Honeywell TD 系列 部监控如冷却液进气孔汽缸头温度等温度传感器能测量温度确保流程维持在特定范围内以便安全执行应用或者也可确保在处理极高温度危险或无法触及的测量点时符合法定

8、规定温度传感器分为两种主要类型接触式和非接触式接触式温度非接触式感测器能从远方测量温度通常用於危险环境中温度传感器类型热电偶热电偶是一对由两种不同金属所制成的接面所组成其中一个接面代表基准温度另一个则是测得温度运作方式是温度差异会产生电压席贝克效应受温度达下达到良好效能甚至能在高达和低至下短暂维持运作热电偶的优势与难题量测值为自身温度物体的温度必须经过推定且使用者必须确保热电偶之间无热流动长期使用後容易发生温度测电阻的变动广泛用於涌入电流限制器温度传感 图 2：TD 系列-电阻与温度之间的关系（资料来源：Honeywell）TD 系列温度传感器能对温度变化快速反应（图 2），且精准度在 20C

9、 时达 0.7C。此外可完全替换，无需重新校准。这些电阻温度侦测器(RTD)感测器提供 8/C 灵敏度，且本质上具有近似线性的输出。RTD 具有比热电偶更好的精准度以及良好的替换性，此外也具备长期稳定性。具备高温能力，因此通常用於工业配置中。RTD 若以白金制成，就不会受到腐蚀和氧化影响，因此能提升稳定性。4.红外线感测器 红外线感测器可用来量测介於-70 至 1,000C 的表面温度。能将物体释放的热能（波长介於 0.7 至 20 um）转换成电气讯号，接着会依据环境温度进行补偿，并且转换成可用温度单位显示的讯号。这些感测器可在下列情况量测温度：无法使用热电偶或探针时。目标物体正在移动（在滚

10、轮、活动机械、输送带上）。目标物体处於真空环境。具有危险，如高电压。距离太远。温度太高，无法使用接触式感测器。需要超快速反应。选择红外线元件时，重要的考量包括：视野（视角）、发射率（在相同温度下物体辐射能量与理想辐射体散发能量的比率）、频谱响应、温度范围和安装方式。部监控如冷却液进气孔汽缸头温度等温度传感器能测量温度确保流程维持在特定范围内以便安全执行应用或者也可确保在处理极高温度危险或无法触及的测量点时符合法定规定温度传感器分为两种主要类型接触式和非接触式接触式温度非接触式感测器能从远方测量温度通常用於危险环境中温度传感器类型热电偶热电偶是一对由两种不同金属所制成的接面所组成其中一个接面代表

11、基准温度另一个则是测得温度运作方式是温度差异会产生电压席贝克效应受温度达下达到良好效能甚至能在高达和低至下短暂维持运作热电偶的优势与难题量测值为自身温度物体的温度必须经过推定且使用者必须确保热电偶之间无热流动长期使用後容易发生温度测电阻的变动广泛用於涌入电流限制器温度传感 Texas Instruments 推出 TMP006 产品（图 3）就是红外线热电堆感测器，采用晶片级封装。此非接触式感测器使用热电堆吸收从被量测物体发射的红外线能量，然後利用热电堆电压的相对应变化判定物体的温度。TI 的 TMP006 柱状图 图 3：TMP006 柱状图（资料来源：Texas Instruments）红

12、外线感测器的指定电压范围介於-40C 至+125C，以便用於多种应用。此元件兼具低功耗和低工作电压特性，因此适合电池供电式应用。晶片级尺寸的薄型封装能采 用标准大量组装方式，而且当受测物体的空间有限时也很实用。使用接触或非接触式感测器量测温度时，需先进行基本假设与推定。因此，详读规格表并且确保了解相关的影响因素，即可确保温度读数符合实际的温度。部监控如冷却液进气孔汽缸头温度等温度传感器能测量温度确保流程维持在特定范围内以便安全执行应用或者也可确保在处理极高温度危险或无法触及的测量点时符合法定规定温度传感器分为两种主要类型接触式和非接触式接触式温度非接触式感测器能从远方测量温度通常用於危险环境中温度传感器类型热电偶热电偶是一对由两种不同金属所制成的接面所组成其中一个接面代表基准温度另一个则是测得温度运作方式是温度差异会产生电压席贝克效应受温度达下达到良好效能甚至能在高达和低至下短暂维持运作热电偶的优势与难题量测值为自身温度物体的温度必须经过推定且使用者必须确保热电偶之间无热流动长期使用後容易发生温度测电阻的变动广泛用於涌入电流限制器温度传感