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温度传感器是什么电子设备?(温度传感器工作原理)

发表时间:2021-07-22 14:11【

  温度传感器是一种电子设备,可以检测其周围环境的温度,并将输入数据转换为电子输出数据,以控制记录或信号温度变化。有几种类型的温度传感器。其中一些需要与被识别的物理目标直接接触,这是作为接触式温度传感器引入的。相比之下,其他人间接感应目标的温度,称为非接触式温度传感器。在这里,我们想给大家介绍一下什么是温度传感器,它的工作原理和应用是什么,它的种类有哪些?

温度传感器.png

  一、什么是温度传感器?


  温度传感器是一种简单的装置,可以感知冷或热的程度并将其转换为一个简单的单位。但是,您有没有想过如何检测土壤、土地钻孔、大型混凝土水坝或房屋的温度?嗯,这是通过使用一些特定的温度传感器来完成的。访问此处以清楚了解什么是温度传感器。


  我们将它们用于日常生活中的各种应用,例如家用热水器、冰箱、微波炉或温度计。一般来说,它们的用途非常广泛,岩土控制领域就是其中之一。它们在该领域中用于控制混凝土结构、土桥或水桥等的状况,并根据季节变化来控制其结构变化。


  温度传感器用于监测特殊结构的定期检查,如公路桥梁、铁路轨道、混凝土或土坝。温度计是其中最常见的形式,用于检测各处的温度。


  热电偶是另一个常见的例子。热电偶,简称T/C,由两种不同的金属组成,产生与温度变化直接相关的电输出电压。另一个例子是RTD(电阻温度检测器)。RTD是一种可变电阻器,它可以直接随着温度的变化而改变其阻值。RTD的感测过于重复、准确且接近线性。


  二、温度传感器如何工作?(温度传感器工作原理)


  如前所述,温度传感器是一种用来检测目标冷热状况的仪器。该传感器的基本工作基于其二极管中的电压。温度变化与二极管的电阻直接相关。检测二极管的电阻并将其转换为简单易读的温度值,例如华氏度、开尔文或摄氏温度,并以有意义的格式呈现,而不是读数值。这些温度传感器用于感应发电厂等各种结构的内部温度。单击此处可准确查看二极管的电阻与温度变化的比率。


  温度传感器工作的基本原理是修改MOSFET端子中的电压。如果电压降低,温度也会降低,这取决于MOSFET中发射极和基极传感器端子之间的电压降。


  另外,有些器件在传感器结构中有振弦,它是根据应力变化和温度变化的原理工作的。根据不同金属的功能对振弦进行建模。它们具有随温度变化而膨胀的各种线性系数。它们基本上由具有高抗拉强度的磁线组成。两部分设置为不同的金属,温度的任何变化都会直接影响线材的张力,从而影响其主要振动频率。


  在现代高科技温度传感器中,基本金属是铝,因为铝的热效应系数比钢大。由于温度符号转换为频率,其他振动传感器的读数值也可用于控制温度。


  三、温度传感器张力计算公式


  与温度相关的频率也与线材中的张力“σ”成正比,可表示为:


  F=1/2*[σg/ρ]/2L(Hz)


  它在哪里:


  Σ=线张力


  Ρ=电线密度


  L=电线长度


  G=重力加速度


  四、温度传感器类型有几种?


  温度传感器有多种类型、尺寸和形状。但是,两大类是接触式和非接触式传感器。


  接触式传感器是一组通过直接接触物体来检测物体温度的传感器。它们可用于在很宽的温度范围内检测液体、固体或气体。这些包括热电偶和热敏电阻。热电偶通常很便宜,因为它们的模型和基本材料都很简单。另一种常见类型是热敏电阻。在热敏电阻中,电阻随着温度的升高而降低。


  非接触式传感器不与物体接触。因此,他们使用热源的辐射来测量温度。最常见的类型是红外(IR)传感器。IR远程检测物体的能量并向电子电路发送信号,电子电路通过特定的校准图来感应物体的温度。


  接触式和非接触式传感器分为以下几种常见的传感器,简单介绍一下。


  1.恒温器


  恒温器是一种接触式传感器,其中包含由两种不同金属(例如铝、镍、钨或铜)组成的双金属部件。


  恒温器的主要原理是根据金属线膨胀系数的差异。因此,由于热量的增加,它迫使它们产生机械运动。


  2.热敏电阻


  热敏电阻或简称热敏电阻是特殊的传感器,因为它们的物理外观会因温度变化而发生变化。热敏电阻由陶瓷物质组成,例如覆盖有玻璃的特定金属的氧化物。它将允许它们简单地形成。


  一些热敏电阻是NTC并且具有负温度系数。因此,在一些教科书中,它们会作为单套传感器来介绍。我们将在下面全面讨论它们。但是许多热敏电阻具有正温度系数。它们被引入为PTC,并且它们的电阻随着温度的升高而增加。


  3.电阻温度检测器


  RTD是一种温度传感器,由精密的导电金属制成,例如包裹在线圈中的铂。RTD的电阻会因温度变化而变化。


  4.热电偶


  热电偶因其温度范围宽、精度、灵敏度、可靠性和简单性而成为最受欢迎的温度传感器之一。


  热电偶通常由两块不同的金属组成,例如康铜和铜,通过焊接连接在一起。一部分称为冷端,具有特定的温度,另一部分称为热端,用于测量过程。


  5.负温度系数(NTC)热敏电阻


  NTC是一种特殊类型的热敏电阻,它基本上直接响应某些温度变化。负系数意味着热敏电阻在低温下表现出很大的电阻。因此,随着温度升高,电阻立即开始下降。


  可以说,负温度系数热敏电阻根据每摄氏度的大电阻变化,即使是很小的温度变化也能准确检测。然而,由于它们的指数运算原理,它们需要被线性化。它们通常在-50到250°C之间工作。


  6.基于半导体的传感器


  基于半导体的温度传感器与两个组合电路或IC配合使用。它们包括两个具有高灵敏度的类似MOSFET。它们准确地提供电气特性,包括电压和电流,以测量温度变化。它们发送近似线性的输出,但在1至5°C时精度较低。它们还在其温度范围内的温度传感器之间表现出5到60秒之间的最慢时间响应。

温度传感器.png

  五、温度传感器可以应用在哪些领域?


  如前所述,温度传感器的种类很多,最常见的对其应用进行分类的方式取决于连接方式,包括接触式和非接触式传感器。热敏电阻、热电偶等接触式传感器与被测目标直接相关,非接触式传感器检测热源发出的热辐射。这些温度传感器的主要应用是在核电站等危险场所。


  温度传感器在地热控制中识别混凝土结构中的水化热。它们还可用于控制渗漏或地下水迁移。使用它们的最常见方法之一是固化混凝土。它必须是温暖的,才能正确地构建和固化。季节性变化导致结构性扩张并改变其整体体积。


  其他温度传感器应用包括:


  ·温度传感器用于验证模型假设,使施工更经济、更安全。


  ·他们可以检测岩石温度来识别液体


  ·储气罐和地面冷冻过程。


  ·温度传感器也可用于陆地钻孔和水库测量水温。


  ·它们用于解释大坝中的温度,以减少体积变化中的应力并控制其他已安装仪器(如固化混凝土)的温度变化。


  六、温度传感器的优点:


  与其他实用仪器相比,温度传感器具有一定的优势。


  ·温度传感器成本低,精度高,重复实验极其可靠。


  ·它们适用于嵌入式和表面贴装应用。


  ·由于较低的热质量,它们具有更快的响应时间。


  ·振弦式通常可以完全互换。这意味着一个指示器可用于所有传感器。它还具有验证长期稳定性的特殊技术,输出简单快速。


  ·它们的防风雨机身通常具有IP-68等级。


  ·它们有一些适合直接显示温度的指示器。因此,它们可用于远程检测和数据记录。


  ·他们的温度探头具有精确的线性和低滞后。


  ·最后,应该说温度传感器是完全密封的。它们通过电子束焊接完全密封,内部为纯真空。

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