温度传感器不仅应用于和工农业生产,而且是与人们生活紧密相关的一个重要物理量。温度传感器是利用材料、元件的温度特性测温,要求材料只对温度敏感,且重复性好,滞后和时效小,灵敏度和,性能稳定、等。常用的有热电偶、热电阻。
温度测量的方法:
1、热电阻
热电阻是利用导体电阻随温度变化这一特性来测量温度的,在测温和控温中广泛应用。热电阻种类较多,常用的有铂电阻和铜电阻。铂丝是制作热电阻的 好材料,物理、化学性能非常稳定,测量。铂电阻主要用于制作标准电阻温度计。常用的有Pt100,测温范围为-200~960℃。但铂在高温下,易受还原性介质污染,使铂丝变脆并改变铂丝电阻与温度间的关系,因此使用时应装在保护套管中。铜丝的特点是价格便宜、纯度高、复制性好,线性特性仅次于铂,比铂电阻有较高的灵敏度,常用来制作一50~+150℃范围内的工业用电阻温度计。其缺点是电阻率较低,容易氧化,只能用在较低温度和没有水份及腐蚀性的介质中。
热电阻的测量方法有恒压法和恒流法两种。恒压法是保持热电阻两端的电压恒定,测量电流变化的方法,恒流法是保持流经热电阻的电流恒定,测量其两端电压的方法。恒压法的电路简单,并且组成桥路就可进行温漂补偿,使用广泛,但电流与铂热电阻的阻值变化成反比,当用于很宽的测温范围时,要特别注意线性化问题。恒流法的电流与铂热电阻的阻值变化成正比,线性化方法简便,但要获得准确的恒流源,电路比较复杂。热电阻测温电路是电桥,但采用普通电桥会因连接导线电阻受环境温度变化造成测量误差。这种误差的方法可以用三线制或四线制电桥。
具有相同的长度和电阻温度系数的两根导线,分别接在相邻臂内,温度引起的电阻变化相同,根据差动电桥原理,不会影响电桥的输出。第三根导线接在检流计或电源回路中,影响。电路的缺点是调零电阻串在桥臂中,其触头的接触电阻可能导致电桥的零点不稳。
2、热电偶
热电偶测温范围高,是工业上常用的测温元件,下限达-270℃,上限达1800℃以上,它属于自发电型传感器,测量时可以不需外加电源,可直接驱动动圈式仪表。在使用热电偶测温时, 能够熟练地运用热电偶的参考端处理方法、安装方法、测温电路、测温仪表及在表面测温时的焊接方法等实用技术。热电偶的参考端处理:热电偶工作时, 保持参考端温度恒定,并且热电偶的分度表是以参考端温度为0℃作出的。因在工程测量中参考端距离热源近,且暴露于空气中,易受被测对象温度和环境温度波动的影响,使参考端温度难以恒定而产生测量误差。为了这种误差,可采取温度补偿或修正措施。参考端恒温法:将热电偶的参考端放在有冰水混合的保温瓶中,可使热电偶输出的热电动势与分度值一致。工业现场可将参考端置于盛油的容器中,利用油的热惰性使参考端保持接近室温。
补偿导线法:采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。为了节约贵重金属,热电偶电极不能做得很长,但在0~100℃范围内,可以用与热电偶电极有相同热电特性的廉价金属制作成补偿导线来延伸热电偶。在使用补偿导线时, 根据热电偶型号选配补偿导线,补偿导线与热电偶两接点处温度 相同,极性不能接反,不能超出规定使用温度范围。利用热电偶测量大型设备的平均温度时,可将热电偶串联或并联使用。热电偶表面测温在300℃以下用热电偶测量物体表面温度,可用粘接剂将热电偶结点粘附于金属壁面;在温度较高时,常采用焊接方法把热电偶头部焊于金属壁面。一般热电偶的插入应为:金属保护管直径的15~20倍,非金属保护管的10~15倍。对细管道内流体的温度测量应尤其注意。
热电偶传感器适用于测量500℃以上的高温,对于500℃以下的中、低温的测量就会遇到热电动势小、干扰大和参考端温度引起的误差大等困难,为此常用热电阻作为测温元件,在使用温度传感器测温时, 能够熟练地运用安装方法、测温电路、测温仪表及在表面测温时的焊接方法等实用技术,这样才能充分应用温度传感器达到测量温度的目的。