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温度传感器指标 温度传感器介绍

发布时间:2025-01-19 11:01:19

温度传感器介绍

温度传感器

温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的 变化而变化,所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有:膨胀、电 阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展,新型温度传感器还会不 断涌现。 由于工农业生产中温度测量的范围极宽,从零下几百度到零上几千度,而各种材料做成的温度传感器 只能在一定的温度范围内使用。常用的测温传感器的种类与测温范围如下表所示。

温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类:接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质 保持热接触,使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN 结温度 传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触,而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器, 以达到测温的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态 物质的温度(如慢速行使的火车的轴承温度,旋转着的水泥窑的温度)及热容量小的物体(如集成电路中 的温度分布)。 温度传感器的种类较多,我们介绍几种主要的温度传感器及应用电路。

PN 结温度传感器

工作原理

晶体二极管或三极管的 PN 结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的 PN 结的结电压在温度每升高 1℃ 时,下降-2mV,利用这种特性,一般可以直接采用二极管(如玻璃封装的开关二极管 1N4148)或采用硅 三极管(可将集电极和基极短接)接成二极管来做 PN 结温度传感器。这种传感器有较好的线性,尺寸小, 其热时间常数为 0.2—2 秒,灵敏度高。测温范围为-50—+150℃。典型的温度曲线如图 1 所示。同型号的 二极管或三极管特性不完全相同,因此它们的互换性较差。

应用电路(一)

图(2)是采用 PN 结温度传感器的数字式温度计,测温范围-50—150℃,分辨率为 0.1℃,在 0—100℃范 围内精度可达±1℃。 图中的 R1,R2,D,W1 组成测温电桥,其输出信号接差动放大器 A1,经放大后的信号输入 0—±2.000V 数字式电压表(DVM)显示。放大后的灵敏度 10mV/℃。A2 接成电压跟随器。与 W2 配合可调节放大器 A1 的增益。 通过 PN 结温度传感器的工作电流不能过大,以免二极管自身的温升影响测量精度。一般工作电流为 100—300mA。采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂,一般采用恒压源供电,但必须有较好的稳压精 度。 精确的电路调整非常重要,可以采用广口瓶装入碎冰渣(带水)作为 0℃的标准,采用恒温水槽或油槽 及标准温度计作为 100℃或其它温度标准。在没有恒水槽时,可用沸水作为 100℃的标准(由于各地的气压不同,其沸点不一定是 100℃,可用 0—100℃的水银温度计来校准)。

将 PN 结传感器插入碎冰渣广口瓶中,等温度平衡,调整 W1,使 DVM 显示为 0V,将 PN 结传感器插入 沸水中(设沸水为 100℃),调整 W2,使 DVM 实现为 100.0V,若沸水温度不是 100℃时,可按照水银温 度计上的读数调整 W2,使 DVM 显示值与水银温度计的数值相等。再将传感器插入 0℃环境中,等平衡后 看显示是否仍为 0V,必要时再调整 W1 使之为 0V,然后再插入沸水,看是否与水银温度计计数相等,经 过几次反复调整即可。

图中的 DVM 是通用 3 位半数字电压表模块 MC14433,可以装入仪表及控制系统中作显示器。MC14433 的应用电路可参考本网站的常用 A/D 转换器中的技术手册。它的主要技术指标如下:

基本量程:±1.999V(2V)

线性误差:该读数的 0.05%±1 字

电源:5—7.5V单电源

平均功耗:300mW

过量程时:数字闪烁

DU 脚接地时:数据可保持

应用电路(二)

下面我们来看看利用不带 A/D 转换器的单片机实现测温的应用电路。

这里我们选用内带一个模拟比较放大器的AT89C2051单片机来实现这一功能,AT89C2051是一片ATMEL 公司推出的兼容 C51 的 8 位单片机,内带 2k 的 Flash 程序存储器,128 字节的内部 RAM,具有 15 个 I/O 口, 6 个中断源,只有 20 个引脚,价格也相当便宜,可谓价廉物美的单片机。详细的资料可参见本网站的“ATMEL 单片机”中的 AT89C2051。其中内含一个模拟比较放大器,P1.0 是比较放大器的同相输入端,P1.1 是比较 放大器的反相输入端,这两个输入输出口内部并没有上拉电阻,比较放大器的输出端连至 P3.6,也没有引 出,但可用指令访问该引脚。

在该单片机外接 RC 元件即可构成简单的,低精度的 A/D 转换电路,电路如图 3 所示,P1.0(同相端) 接上 RC 充放电阻和电容,P1.1(反相端)作为外部被测温度电压的输入端,作为 PN 结温度传感器,本身 输出电压较低,可参照上一节我们给出的放大电路,温度传感电压经放大后再引至单片机的输入端。P1.2充放电控制端通过一个数 kΩ 的电阻接正电源 Vcc,因为 R1 远小于 R2,可以认为在 P1.2 输出逻辑高电平 时,电压是相当接近 Vcc 高电平的。

电路工作过程如下:程序开始时,先置 P1.2 为逻辑低电平,并延时一小段时间,使 P1.2 为低电平,电容 C 经 R2 放完电,此时,P1.0=0V,而 P1.1>0V,比较放大器输出“0”电平,接着置 P1.2 为高电平,同时定时 器开始计时,当电容 C 上的电压 Vc 充到 Vc=Vx 时,P1.0 与 P1.1 的电位相等,比较放大器的同相端和反 相端电平相等时,输出端 P3.6 输出高电平,当扫描查询到 P3.6 为高电平时即停止计时,那么只要测得开始 对电容充电到 P3.6 输出高电平的时间,通过换算即可得到外部被测温度电压的值。

这里需要指出,从图 4 中我们可以看到,电容器的充电过程并非线性,其充电过程可以描述为:

这个非线性特性,我们在单片机编程时,可以通过补偿和校正的方法加以解决,最常用的方法也是最简 单的方法是通过查表的办法进行修正。这样便可满足一种低精度简易的温度测量要求。

温度传感器

什么是温度传感器 温度开关和温度传感器的区别

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。温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。 下面小编给大家介绍一下“什么是温度传感器 温度开关和温度传感器的区别”

1.什么是温度传感器

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。温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种,现代的温度传感器外形非常得小,这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中,也为人们的生活提供了无数的便利和功能。

温度传感器有四种主要类型:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

2.温度开关和温度传感器的区别

温度传感器只能测试温度,自身不会有任何动作。

而温度开关是温度信号到达后能给出动作。

工作原理不同

温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

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