()溫度傳感器

1、第第8 8章章 溫度傳感器溫度傳感器 第一節(jié)第一節(jié) 概概 論論 第二節(jié)第二節(jié) 熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器 第四節(jié)第四節(jié) ICIC溫度傳感器溫度傳感器 第五節(jié)第五節(jié) 其他溫度傳感器其他溫度傳感器一、鉑電阻溫度傳感器利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設(shè)計(jì)研制利用純鉑絲電阻隨溫度的變換而變化的原理設(shè)計(jì)研制成的?？蓽y(cè)量和控制成的?？蓽y(cè)量和控制200650范圍內(nèi)的溫度，范圍內(nèi)的溫度，也可作對(duì)其他變量也可作對(duì)其他變量(如：流量、導(dǎo)電率、如：流量、導(dǎo)電率、pH值等值等)測(cè)量測(cè)量電路中的溫度補(bǔ)償。有時(shí)用它來(lái)測(cè)量介質(zhì)的溫差和平電路中的溫度補(bǔ)償。有時(shí)用

2、它來(lái)測(cè)量介質(zhì)的溫差和平均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。均溫度。它具有比其他元件良好的穩(wěn)定性和互換性。目前，鉑電阻上限溫度達(dá)目前，鉑電阻上限溫度達(dá)850。123451云母片骨架； 2鉑絲； 3銀絲引出線(xiàn)；4保護(hù)用云母； 5綁扎用銀帶鉑電阻的純度以鉑電阻的純度以R100/R0表示，表示，R100表示在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓表示在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸點(diǎn)時(shí)的鉑的電阻值。國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)下水沸點(diǎn)時(shí)的鉑的電阻值。國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，其器的鉑電阻，其R100/R0不得小于不得小于1.3925。我國(guó)工業(yè)用。我國(guó)工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為鉑電阻分度號(hào)為BA1、BA2，其，其R100/R0=1.391

3、。用途：鋼鐵用途：鋼鐵,地質(zhì)地質(zhì),石油石油,化工等生產(chǎn)工藝流程化工等生產(chǎn)工藝流程,各種食品各種食品加工加工,空調(diào)設(shè)備及冷凍庫(kù)空調(diào)設(shè)備及冷凍庫(kù),恒溫槽等的溫度檢測(cè)與控制恒溫槽等的溫度檢測(cè)與控制中。中。型號(hào)R0測(cè)溫范圍測(cè)量對(duì)象時(shí)間常數(shù)s精度備注CW-1-4-1400.2-50150表面溫度0.050時(shí)0.5其它不大于1%+1保證100kg/cm3以下的氣密性（0以上）CW-1-4-2350.2-50400表面溫度0.050時(shí)0.5其它不大于1%+1CW-1-4-460.2-50150表面溫度0.050時(shí)0.5其它不大于1%+1CW1-8460.2-30200表面溫度10.5CW2-16-1700.

4、2-50+50表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+610-3|t|)CW2-16-2460.2-50200表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+610-3|t|)CW2-16-3460.05-50100表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+4.510-3|t|)CW2-18400.2-40300表面溫度油中0.06水中0.3(0.3+4.510-3|t|)CW2-19400.05-50150空氣溫度0.06(0.3+4.510-3|t|)CW2-20460.2-40200空氣溫度0(0.3+4.510-3|t|)CW2-22-11000.1-2000空氣溫度0.30.5CW2-22-2

5、5001-2530空氣溫度0.30.5CW2-261000.1-40400-40650管道內(nèi)介質(zhì)介質(zhì)溫度0.50.1(0.3+4.510-3|t|)(0.3+610-3|t|)小型鉑電阻1000.1-2530介質(zhì)溫度0.1(0.3+4.510-3|t|)高溫鉑電阻100015001-40650-40650介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度0.30.3(0.3+4.510-3|t|)(0.3+4.510-3|t|)鉑電阻溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)下表二、水晶溫度傳感器二、水晶溫度傳感器 水晶振子具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性。利用這種特性水晶振子具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性。利用這種特性制成的高精度晶振，已廣泛應(yīng)用于通信、檢測(cè)、

6、控制成的高精度晶振，已廣泛應(yīng)用于通信、檢測(cè)、控制儀器及微機(jī)等領(lǐng)域。制儀器及微機(jī)等領(lǐng)域。二、水晶溫度傳感器水晶振子根據(jù)需要可切割成各種水晶板。主要切割形式水晶振子根據(jù)需要可切割成各種水晶板。主要切割形式有：有：AT、AC、RS、LC、Y等，其中，等，其中，AT切割都使用切割都使用在相對(duì)溫度頻率誤差小的切割中。水晶振子的固有振動(dòng)在相對(duì)溫度頻率誤差小的切割中。水晶振子的固有振動(dòng)頻率，可用下式表示：頻率，可用下式表示： 式中式中f固有頻率；固有頻率；n諧波次數(shù)；諧波次數(shù)；t振子厚度振子厚度 水晶的密度；水晶的密度；Cii彈性常數(shù)。彈性常數(shù)。式中的式中的t、Cii均是溫度的函數(shù)。水晶溫度傳感器就是均是溫

7、度的函數(shù)。水晶溫度傳感器就是利用水晶振子的振動(dòng)頻率隨溫度變化的特性制成的利用水晶振子的振動(dòng)頻率隨溫度變化的特性制成的 iiCtnf2（一）水晶溫度傳感器的特性在各種切割中，相對(duì)溫度頻率誤差大的切割有Y、LC、RS、AC等。溫度和水晶振子頻率的關(guān)系一般用： fTT時(shí)的頻率； fT0T0時(shí)的頻率； T測(cè)量溫度； T0基準(zhǔn)溫度（任意）；A、B、C方程式的1次、2次、3次項(xiàng)的溫度系數(shù)。 如果方程的2次、3次項(xiàng)的溫度系數(shù)近似為0，就可以得到線(xiàn)性水晶溫度傳感器。 由于切割形式不同，溫度系數(shù)也不同。LC切割傳感器的特性如下表。3020000TTCTTBTTAfffTTT水晶溫度傳感器的特性 項(xiàng)目A/10-6

8、B/10-9C/10-12靈敏度約1000Hz/時(shí)的頻率，MHz諧波次數(shù)nY92.7561.7428.8310.61RS42.501.25-39.7523.53LC38.090 028.23切割 3.12 max8.0以下0.23.750.500.30.070.31.1 0.20.3max10min0.5以下4.7以下QTY-451QTY-452 QTL-451QTY-3816.5以下目前，日本制造出的水晶溫度傳感器有Y切割的QTY-452、QTY-451、QTY-381 LC切割的QTL-451，如圖。 水晶溫度傳感器外形圖（二）水晶溫度探測(cè)器（二）水晶溫度探測(cè)器 水晶探測(cè)器是由傳感器和振蕩

9、電路組裝在一起制水晶探測(cè)器是由傳感器和振蕩電路組裝在一起制成的，適用于檢測(cè)液體、固體或氣體的溫度。成的，適用于檢測(cè)液體、固體或氣體的溫度。（三）水晶溫度傳感器的應(yīng)用（三）水晶溫度傳感器的應(yīng)用 水晶溫度傳感器可廣泛用于空調(diào)、電子工業(yè)、食水晶溫度傳感器可廣泛用于空調(diào)、電子工業(yè)、食品加工等領(lǐng)域。由于可用數(shù)字顯示，所以，可作為高品加工等領(lǐng)域。由于可用數(shù)字顯示，所以，可作為高穩(wěn)定性和高分辨率的溫度計(jì)使用。穩(wěn)定性和高分辨率的溫度計(jì)使用。 三、三、 分布溫度傳感器分布溫度傳感器 溫度越限往往造成火災(zāi)、爆炸或機(jī)毀人亡等惡溫度越限往往造成火災(zāi)、爆炸或機(jī)毀人亡等惡性事故。對(duì)于在空間延伸的設(shè)備和裝置，進(jìn)行溫度性事故

10、。對(duì)于在空間延伸的設(shè)備和裝置，進(jìn)行溫度越限的檢測(cè)和控制尤為重要。避免溫度越限不可能越限的檢測(cè)和控制尤為重要。避免溫度越限不可能通過(guò)溫度的點(diǎn)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如電力電纜表層某一點(diǎn)溫通過(guò)溫度的點(diǎn)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如電力電纜表層某一點(diǎn)溫度的檢測(cè)和控制。因此度的檢測(cè)和控制。因此,這種傳感器在溫度檢測(cè)與控這種傳感器在溫度檢測(cè)與控制中，具有獨(dú)特重要作用。制中，具有獨(dú)特重要作用。三、 分布溫度傳感器（一）一次觸發(fā)式分布溫度傳感器（一）一次觸發(fā)式分布溫度傳感器 僅能觸發(fā)一次，然后必須重新設(shè)定測(cè)量位置。僅能觸發(fā)一次，然后必須重新設(shè)定測(cè)量位置。最普通的是利用易熔塑料分割兩根導(dǎo)線(xiàn)制成。當(dāng)溫最普通的是利用易熔塑料分割兩根導(dǎo)線(xiàn)制成。當(dāng)

11、溫度越限使塑料融化時(shí)，分割的兩根導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生短路電度越限使塑料融化時(shí)，分割的兩根導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生短路電流，短路電流可利用電纜終端的裝置測(cè)出。其主要流，短路電流可利用電纜終端的裝置測(cè)出。其主要缺點(diǎn)是：缺點(diǎn)是：l僅能觸發(fā)一次，不適于連續(xù)檢測(cè)；僅能觸發(fā)一次，不適于連續(xù)檢測(cè)；l不能進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)，每次都必須接到傳感器不能進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)，每次都必須接到傳感器電纜的一個(gè)新部位上；電纜的一個(gè)新部位上；l一般僅適用于火焰檢測(cè)。一般僅適用于火焰檢測(cè)。 （二）重復(fù)使用式分布溫度傳感器（二）重復(fù)使用式分布溫度傳感器 重復(fù)使用式溫度傳感器適用于溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)重復(fù)使用式溫度傳感器適用于溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)（二）重復(fù)使用式分布溫度傳感器（

12、二）重復(fù)使用式分布溫度傳感器1 1 熱敏電阻材料包裹導(dǎo)線(xiàn)式傳感器熱敏電阻材料包裹導(dǎo)線(xiàn)式傳感器 是利用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻材料，以同軸方式是利用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻材料，以同軸方式包裹中心電纜，并用金屬外套封裝這個(gè)同軸電纜。當(dāng)包裹中心電纜，并用金屬外套封裝這個(gè)同軸電纜。當(dāng)在延伸電纜長(zhǎng)度方向上的任一點(diǎn)的溫度低于觸發(fā)溫度在延伸電纜長(zhǎng)度方向上的任一點(diǎn)的溫度低于觸發(fā)溫度時(shí)時(shí) ，傳感器處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)中心導(dǎo)線(xiàn)與外套，傳感器處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)中心導(dǎo)線(xiàn)與外套間的電阻為高值；但當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，電阻間的電阻為高值；但當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，電阻就下降的相應(yīng)值。報(bào)警點(diǎn)的溫度與對(duì)應(yīng)的最小阻值相就下降

13、的相應(yīng)值。報(bào)警點(diǎn)的溫度與對(duì)應(yīng)的最小阻值相對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)。 （二）重復(fù)使用式分布溫度傳感器1 1 熱敏電阻材料包裹導(dǎo)線(xiàn)式傳感器熱敏電阻材料包裹導(dǎo)線(xiàn)式傳感器由于這種傳感器是一種空間積累式溫度傳感器，一由于這種傳感器是一種空間積累式溫度傳感器，一段長(zhǎng)的熱段和一段短的熱段所測(cè)的電阻值相同，因段長(zhǎng)的熱段和一段短的熱段所測(cè)的電阻值相同，因此，沿傳感器長(zhǎng)度延伸方向出現(xiàn)溫度越限的位置，此，沿傳感器長(zhǎng)度延伸方向出現(xiàn)溫度越限的位置，不能由測(cè)量電阻值來(lái)確定。不能由測(cè)量電阻值來(lái)確定。2 2熱敏材料填充式傳感器熱敏材料填充式傳感器 這是一種將熱敏材料填充在中心導(dǎo)線(xiàn)與圓柱形這是一種將熱敏材料填充在中心導(dǎo)線(xiàn)與圓柱形金屬套之間構(gòu)

14、成的同軸電纜，所用的熱敏材料是易金屬套之間構(gòu)成的同軸電纜，所用的熱敏材料是易溶鹽化合物。在正常工作狀態(tài)下，鹽化合物為固態(tài)，溶鹽化合物。在正常工作狀態(tài)下，鹽化合物為固態(tài)，導(dǎo)線(xiàn)與金屬套間阻值最大。當(dāng)溫度升高，鹽化合物導(dǎo)線(xiàn)與金屬套間阻值最大。當(dāng)溫度升高，鹽化合物熔化時(shí)，填充層的阻值顯著下降。椐此可測(cè)出電纜熔化時(shí)，填充層的阻值顯著下降。椐此可測(cè)出電纜是否過(guò)熱。是否過(guò)熱。3 3氣壓輸送管氣壓輸送管 這種傳感器實(shí)際上是一個(gè)充滿(mǎn)惰性氣體的氣壓這種傳感器實(shí)際上是一個(gè)充滿(mǎn)惰性氣體的氣壓輸送管，當(dāng)溫度升高時(shí)，連接在電觸膜盒上所受的輸送管，當(dāng)溫度升高時(shí)，連接在電觸膜盒上所受的壓力增加，椐此來(lái)測(cè)定越限溫度。但這種傳感

15、器也壓力增加，椐此來(lái)測(cè)定越限溫度。但這種傳感器也不能以任何方式測(cè)定出故障的確切位置，也只能檢不能以任何方式測(cè)定出故障的確切位置，也只能檢測(cè)出是否過(guò)熱。測(cè)出是否過(guò)熱。 4 4導(dǎo)電聚合物式傳感器導(dǎo)電聚合物式傳感器 這種傳感器為同軸電容器式結(jié)構(gòu)，中心導(dǎo)線(xiàn)用電介這種傳感器為同軸電容器式結(jié)構(gòu)，中心導(dǎo)線(xiàn)用電介質(zhì)被覆，導(dǎo)線(xiàn)塑料壓涂在已被覆電介質(zhì)的導(dǎo)線(xiàn)上。導(dǎo)電質(zhì)被覆，導(dǎo)線(xiàn)塑料壓涂在已被覆電介質(zhì)的導(dǎo)線(xiàn)上。導(dǎo)電塑料應(yīng)選用在預(yù)定的出發(fā)點(diǎn)附近，且為正電阻溫度系數(shù)塑料應(yīng)選用在預(yù)定的出發(fā)點(diǎn)附近，且為正電阻溫度系數(shù)較大的材料。最外層是防護(hù)塑料套，其結(jié)構(gòu)如圖。較大的材料。最外層是防護(hù)塑料套，其結(jié)構(gòu)如圖。 金屬導(dǎo)體電介質(zhì)導(dǎo)體塑

16、料保護(hù)塑料套4 4導(dǎo)電聚合物式傳感器導(dǎo)電聚合物式傳感器金屬導(dǎo)體電介質(zhì)導(dǎo)體塑料保護(hù)塑料套 按要求選定具有某一觸發(fā)溫度值的傳感器電纜，按要求選定具有某一觸發(fā)溫度值的傳感器電纜，并使其與監(jiān)控設(shè)備之間保持良好熱接觸。如果在傳感并使其與監(jiān)控設(shè)備之間保持良好熱接觸。如果在傳感器電纜長(zhǎng)度方向上的任何一部分超過(guò)預(yù)定的觸發(fā)溫度，器電纜長(zhǎng)度方向上的任何一部分超過(guò)預(yù)定的觸發(fā)溫度，則該部分的導(dǎo)電塑料中的阻值將大大增加。由于不能則該部分的導(dǎo)電塑料中的阻值將大大增加。由于不能通過(guò)高電阻對(duì)電纜充放電，所以電容值減小。根據(jù)越通過(guò)高電阻對(duì)電纜充放電，所以電容值減小。根據(jù)越限溫度時(shí)的電容值和正常溫度電容值之比限溫度時(shí)的電容值和正

17、常溫度電容值之比,可測(cè)出溫度可測(cè)出溫度觸發(fā)點(diǎn)的位置。觸發(fā)點(diǎn)的位置。 目前，一種長(zhǎng)目前，一種長(zhǎng)180m以上的這種傳感器，在國(guó)外已以上的這種傳感器，在國(guó)外已投入使用，其觸發(fā)溫度為投入使用，其觸發(fā)溫度為1255，測(cè)位精度達(dá)，測(cè)位精度達(dá)5m。 除上述集中分布溫度傳感器外，還有兩種新型的除上述集中分布溫度傳感器外，還有兩種新型的分布溫度傳感器。第一種傳感器長(zhǎng)分布溫度傳感器。第一種傳感器長(zhǎng)250m，全長(zhǎng)用金屬，全長(zhǎng)用金屬封裝，它可測(cè)出過(guò)熱部分溫度。該傳感器測(cè)溫范圍封裝，它可測(cè)出過(guò)熱部分溫度。該傳感器測(cè)溫范圍0500。它可用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的溫度。另一種傳感器可。它可用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的溫度。另一種傳感器可在長(zhǎng)在長(zhǎng)

18、1000m或更長(zhǎng)的距離內(nèi)測(cè)出溫度上下限，其觸發(fā)或更長(zhǎng)的距離內(nèi)測(cè)出溫度上下限，其觸發(fā)溫度范圍為溫度范圍為0150。這種傳感器適用于化工或其他。這種傳感器適用于化工或其他具危險(xiǎn)工藝過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)。具危險(xiǎn)工藝過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)。 總之，分布溫度傳感器可有效地解決各種空間延總之，分布溫度傳感器可有效地解決各種空間延伸設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)等問(wèn)題，它的廣泛應(yīng)用大大推動(dòng)了伸設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)等問(wèn)題，它的廣泛應(yīng)用大大推動(dòng)了溫度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。溫度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。 四、四、 雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器 目前，雙金屬式溫度傳感器已被廣泛應(yīng)用于各目前，雙金屬式溫度傳感器已被廣泛應(yīng)用于各種測(cè)溫領(lǐng)域。這種溫度傳感器實(shí)際上是

19、雙金屬式種測(cè)溫領(lǐng)域。這種溫度傳感器實(shí)際上是雙金屬式溫度保護(hù)器。溫度保護(hù)器。四、四、 雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器 （一）（一） 工作原理工作原理將熱膨脹系數(shù)不同的兩種或兩種以上金屬將熱膨脹系數(shù)不同的兩種或兩種以上金屬(線(xiàn)、線(xiàn)、板、棒板、棒)壓制成一體，當(dāng)溫度變化時(shí)，雙金屬產(chǎn)壓制成一體，當(dāng)溫度變化時(shí)，雙金屬產(chǎn)生變形，利用這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)控溫目的。生變形，利用這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)控溫目的。 四、四、 雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器 提高電器、熱源和應(yīng)用儀器等的安全可靠性能，提高電器、熱源和應(yīng)用儀器等的安全可靠性能，一般通過(guò)附加電壓、靠過(guò)熱、過(guò)電流等保護(hù)元件來(lái)一般通過(guò)附加電壓、靠過(guò)熱、過(guò)電流等保護(hù)

20、元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但這樣使用時(shí)很不方便，出現(xiàn)事故后要更新實(shí)現(xiàn)。但這樣使用時(shí)很不方便，出現(xiàn)事故后要更新保護(hù)元件。當(dāng)應(yīng)用雙金屬式傳感器做保護(hù)元件時(shí)，保護(hù)元件。當(dāng)應(yīng)用雙金屬式傳感器做保護(hù)元件時(shí)，如果馬達(dá)、變壓器等電器設(shè)備工作出現(xiàn)異常，不僅如果馬達(dá)、變壓器等電器設(shè)備工作出現(xiàn)異常，不僅溫度上升，而且工作電流也隨之增加，此時(shí)雙金屬溫度上升，而且工作電流也隨之增加，此時(shí)雙金屬式溫度傳感器可通過(guò)本身的發(fā)熱變形特性進(jìn)行對(duì)工式溫度傳感器可通過(guò)本身的發(fā)熱變形特性進(jìn)行對(duì)工作電路的開(kāi)、閉控制，這與恒溫箱的工作原理基本作電路的開(kāi)、閉控制，這與恒溫箱的工作原理基本相同。相同。0123456770 80 90 100 110 120130 140工作溫度/C電流/A電流負(fù)荷特性（玻璃型）圖 電流負(fù)荷特性示意圖（二）特性1電流負(fù)荷特性 電流負(fù)荷特性如圖所示。由于負(fù)載與傳感器串聯(lián)電流負(fù)荷特性如圖所示。由于負(fù)載與傳感器串聯(lián)使用的，故應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流值來(lái)合理選用溫度傳感器。使用的，故應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流值來(lái)合理選用溫度傳感器。 過(guò)電流的工作時(shí)間特性如圖所示。當(dāng)溫度升高或過(guò)過(guò)電流的工作時(shí)間特性如圖所示。當(dāng)溫度升高或過(guò)電流時(shí)，電路自動(dòng)斷開(kāi)。斷開(kāi)時(shí)間因過(guò)電流值大小不電流時(shí)，電路自動(dòng)斷開(kāi)。斷開(kāi)時(shí)間因過(guò)電流值大