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,按照测量原理和材料的不同,主要可分为以下几种类型:
1、热电阻温度传感器
工作原理:基于金属或半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度。当温度升高时,金属材料的原子热运动加剧,电子散射几率增加,电阻值增大;而某些半导体材料的电阻值则随温度升高而减小。
常见材料
金属热电阻:常用的有铂电阻、铜电阻等。铂电阻精度高、稳定性好、测温范围广,被广泛应用于高精度温度测量和工业自动化领域;铜电阻成本较低、电阻温度系数较大,但精度和测温范围稍逊于铂电阻,常用于一般精度要求的温度测量。
半导体热电阻:也称为热敏电阻,按温度系数可分为正温度系数(PTC)热敏电阻和负温度系数(NTC)热敏电阻。PTC 热敏电阻在温度超过某一特定值时,电阻值会急剧增大;NTC 热敏电阻的电阻值随温度升高而迅速减小,灵敏度高,响应速度快,常用于温度控制、过热保护等领域。
2、热电偶温度传感器
工作原理:基于塞贝克效应,即两种不同材料的导体组成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中会产生热电势,热电势的大小与两个接点的温度差成正比。通过测量热电势来确定被测温度。
常见类型
K 型热电偶:镍铬 - 镍硅热电偶,具有线性度好、热电势较大、灵敏度较高、稳定性和复现性好等优点,测温范围为 - 200℃~1300℃,是工业生产中常用的热电偶之一。
S 型热电偶:铂铑 10 - 铂热电偶,精度高,稳定性好,测温范围为 0℃~1600℃,常用于高温测量和精密温度测量,但价格相对较高。
E 型热电偶:镍铬 - 铜镍热电偶,热电势较大,灵敏度高,价格相对较低,测温范围为 - 200℃~900℃,在低温测量和一些对成本敏感的场合应用较多。
3、半导体温度传感器
工作原理:利用半导体 PN 结的正向压降与温度的线性关系或半导体的电阻率随温度变化的特性来测量温度。
常见类型
集成温度传感器:将感温元件、信号处理电路等集成在一个芯片上,具有体积小、精度高、线性度好、输出信号便于处理等优点,广泛应用于电子设备的温度监测、环境温度测量等领域。
热敏二极管温度传感器:利用二极管的正向电压随温度变化的特性来测量温度,具有灵敏度高、响应速度快等特点,常用于需要快速测量温度变化的场合。
4、红外温度传感器
工作原理:基于物体的热辐射特性,任何物体在高于绝对零度时都会向外发射红外辐射,红外辐射的强度与物体的温度有关。红外温度传感器通过接收物体发射的红外辐射,将其转换为电信号,进而测量出物体的温度。
常见类型
热电型红外温度传感器:利用热电材料的热释电效应,即当热电材料吸收红外辐射后,温度发生变化,引起材料的电极化状态改变,从而产生电荷,通过测量电荷来检测红外辐射,进而得到物体的温度。
光子型红外温度传感器:利用光子与半导体材料相互作用产生的光电效应,当红外光子照射到半导体材料上时,激发出电子 - 空穴对,从而产生电信号,通过测量电信号来检测红外辐射,实现温度测量。光子型红外温度传感器响应速度快、灵敏度高,但一般需要在低温下工作。
5、光纤温度传感器
工作原理:利用光纤的光传输特性和光纤中光的相位、强度、波长等参数随温度变化的特性来测量温度。
常见类型
光纤光栅温度传感器:在光纤中写入光栅,当温度变化时,光纤光栅的周期和折射率发生变化,导致反射光的波长发生漂移,通过测量反射光波长的变化来测量温度。具有精度高、抗电磁干扰、可分布式测量等优点,常用于电力、石油化工等领域的温度监测。
光纤荧光温度传感器:利用荧光材料在受到光激发后发出荧光的特性,荧光的强度、寿命等参数与温度有关,通过测量荧光参数的变化来测量温度。具有响应速度快、精度高、可用于恶劣环境等特点。
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