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简要介绍温度传感器分类的有关知识
[导读]前言温度传感器(光电式传感器)是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器，它是温度测量仪表的核心部分。由于品种繁多，所以在工业应用中温度传感器分类（光电传感器分类）的方式方法有很多种
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温度传感器(光电式传感器)是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器，它是温度测量仪表的核心部分。由于品种繁多，所以在工业应用中温度传感器分类（光电传感器分类）的方式方法有很多种。按照测量方式温度传感器分类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又可分为热电阻、热电偶和IC温度传感器(压力传感器)，IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。那么，按照以上方式，温度传感器分类出来的器件各自都有什么特性呢，温度传感器分类的依据又是什么呢?下面就让我们一起来了解吧!
非接触式温度传感器
l.辐射高温计 用来测量 1000℃以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。
2.光谱高温计 前苏联研制的YCI&I型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。
3.超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。目前国外有可测到5000H的产品。
4.激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1%。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000℃，专门用于核聚变研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)的高温。
接触式温度传感器
接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。
温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。
温度传感器热电偶的种类
常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶两大类。
所谓标准温度传感器热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化温度传感器热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
我国从日起，温度传感器热电偶和温度传感器热电阻全部按IEC国际标准生产，目前，国际电工委员会(IEC)推荐了8种类型的热电偶作为标准化热电偶，即为T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。
热电偶温度传感器应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从-200℃到2000℃。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。
温度传感器热电阻测温原理及材料
温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。如Omega公司的PT100温度传感器，就包含一个100欧姆的铂金电阻温度探头。
温度传感器热电阻的结构
(1)精通型温度传感器热电阻 工业常用温度传感器热电阻感温元件(电阻体) 从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制.
(2)铠装温度传感器热电阻 铠装温度传感器热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为&2~&8mm，最小可达&mm。
与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小;②机械性能好、耐振，抗冲击;③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
(3)端面温度传感器热电阻 端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
(4)隔爆型温度传感器热电阻 隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
模拟输出IC温度传感器
模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1[[%]])、小尺寸和高。它们的不足之处在于温度范围有限(-55℃～+150℃)，并且需要一个外部参考源。
数字输出IC温度传感器
数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。
与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。
此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。
根据不同的分类原则，温度传感器分类的结果不尽相同。本文针对温度传感器分类出来的不同的温度传感器，如非接触式温度传感器、接触式温度传感器、温度传感器热电偶的种类、温度传感器热电阻的种类以及模拟与数字输出的IC温度传感器进行了具体的介绍。&
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1.什么是仪表的灵敏度？灵敏度过高对仪表有什么影响？答：（1）仪表的灵敏度：仪表在到达稳态后，输出增量与输入增量之比。（2）仪表的灵敏度过高会增大仪表的重复性误差。
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．简述热电阻的测温原理。答：绝大多数金属的电阻值随温度的升高而增加，半导体的电阻则随温度的升高而减少。热电阻就是基于这个电阻值与温度呈一定的函数关系的特性制成感温元件，用来测量温度。
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. 简述热电偶的中间导体定律。答：在热电偶回路中接入第三、第四种均质材料导体，只要中间接入的导体两端具有相同的温度，就不会影响热电偶的热电动势，这就是中间导体定律。
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．简述热量传递的3种基本方式。答：热量传递的3种基本方式是：导热、对流和辐射。它们的意义分别是：（1）导热指热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程。（2）对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。（3）辐射指物体通过电磁波来传递能量的过程。
. 汽轮机保护项目主要有哪些？答：汽轮机保护项目主要有凝汽器真空低保护、润滑油压低白狐、超速保护、转子轴向位移保护、高压加热器水位保护。
. 热点偶的中间温度定律的内容是什么？并写出表达式答：热点偶正在接点温度为t,to时的热电势等于该热电偶在接点温度分别为t, tn和tn,to 时相应的热电势的代数和，即??????? EAB(t,to)=EAB(t,tn)+EAB(tn,to)
. 热电偶的参考电极定律的内容是什么？并写出表达式。答：如要求任意热电极A、B的热电动势，可在A、B两热电极之间接入C热电极，利用A、C热电极的热电
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热电阻有哪些特点和要注意事项
热电阻是用各种金属氧化物（如氧化铝、氧化铜、氧化镍、氧钴、氧化锰、氧化钦等）根据技术性能要求，选择某几种氧化物按不同 的比例混合，进行研磨，掺入一定的胶黏剂成型，以铂丝作为引线埋入 后干燥，再经过高温烧结而成。作为感温元件，则需进行二次热处理以及进行电阻值挑选。&热敏电阻具有很大的电阻温度系数和比电阻。它的灵敏度高，阻值大，体积小，反应迅速，但它的性能不如金属电阻稳定，产品性能一 致性差。它的电阻一温度特性是非线性的。热敏电阻可以做成较精密的温度计。它的应用范围广，不仅可用于测温和控温，而且可以用于温度补偿（例如显示仪表的参考端补偿）。目前应用较多的热敏电阻温度计是半导体点温计。半导体点温计具有灵敏度高，体积小等优点，所以它不仅可以用来测量一般液体、 气体和固体的温度，而且还适用于测量微小物体的温度。热电阻的好坏直接影响热电阻温度计的效果，所以在使用时必须检查它的好坏。在检查时应注意①用来测量电阻体的电桥准确度必须满足要求;②当发现热电阻的电阻值不正确时，应从它的下部端点电阻丝交叉处增减电阻丝，而不应从其他处调整;③完全调好后应将电阻丝排列整齐，不能碰接，应按原样包扎好;④焊接时不要把好丝均打开，以免折断;⑤在改变热电阻长度时，只允许改变引线接线长度， 不允许改变热电阻体的长度。在检查热电阻的好坏时，最简单易行的办法是将热电阻从保护管 中抽出，用万用表RX1挡测量其电阻值。若万用表的指针指示& 处，则可以判断热电阻已断路，不能使用;反之，若万用表指针指示在 &0&处或指示值小于R。值，则表明热电阻已短路，必须找出短路处进 行修复;若万用表指针指示比R0的阻值稍偏高一些，说明该热电阻是正常的。 、当检查出热电阻短路时，应按以下方法处理：（1）铂热电阻短路时的处理。铂热电阻的铂丝之间的绝缘是靠云母片银齿隔开的，造成铂丝短路的原因是由于云母片锯齿损坏或铂丝松脱产生相碰，所以在排除时只需用镊子将其分离即可。&（2）铜热电阻短路时的处理。铜热电阻的短路是由于受潮或绝缘 清漆脱落造成的。若热电阻受潮，可将它放在80&C?100&C的烘箱中 烘1h?2h;若是由于绝缘清漆脱落所引起的短路,则应将脱落处重新 用清漆绝缘。热电阻温度计在使用时要注意热传导和热辐射所引起的附加误差。消除热辐射所引起的附加误差的方法主要有以下几种：（1） 在使用时应尽量使器壁表面和被测介质温度相近，即尽量减 少它们之间的温差。因此，如器壁暴露于空气中，应在其表面包一层保护层，这样可以提高器壁温度，减少热量损失。或在热电阻和器壁 之间加装防辐射罩，这样可以消除热电阻和器壁之间的直接辐射作用。（2） 尽量减小热电阻保护管的黑度系数。（3） 增加被测介质的流速，使热电阻与被测介质间的对流传热增加，但最大流速应小于80m/s。（4） 应尽可能减小热电阻保护管的外径。为了减小热电阻在使用中由于热传导所产生的误差，可采取下述 方法：（1） 增加热电阻的插人深度。应尽可能使热电阻受热部分增长。（2） 应尽可能采用热传导系数小的材料作保护管;但若要时间常 数小，减小动态误差,则相反，应选用导热系数大的材料做保护管。（3） 应尽可能减小保护管的壁厚及内径。（4） 应尽可能使热电阻的非受热部分或者外露部分的温度接近于 其受热部分。（5） 若被测对象为流动介质时，应适当增加其热交换系数。热电阻与显示仪表的连接方法有以下两种：（1）两线制连接。两线制连接是指两线制热电阻的感温元件的两根引出线与显示仪表的连接。引出线的电阻值，对铜热电阻不应超过只。的2%;对销热电阻不应超过R。的0.1%，接线方法见图3-6（a）。 由热电阻的接线座到显示仪表的接线端子任用两根导线连接。这种连接虽然省去了一根热电阻引出线，但这种方法由于两根铜导线都处 在显示仪表测量桥路中不平衡电桥的同一个桥臂内，因铜导线的电阻温度系数较大，所以环境温度的变化对桥臂的影响较大，从而带来测量误差，故一般都采用三线制连接法。&（2）三线制连接法。三线制热电阻的感温元件用三根引出线与显 示仪表连接。其接线方法如图3-6（b）所示。由热电阻的接线座到显 示仪表的接线端子用三根连接导线连接。因为这种方法是将两个铜导线分别接在显示仪表电桥的两个桥臂上，当环境温度变化时，可以相互抵消，电桥仍能平衡，所以它是常采用的接线方法，特别是对小量 程的仪表，必须采用三线接线法接线。-热电阻在使用和保养中应注意以下几点：（1） 在使用中应根据测量范围、被测温场的气氛和经济效果合理 的选用热电阻的规格和型号。（2） 热电阻的安装地点应避免在炉门旁或离加热物体距离太近。 接线盒处的温度不宜超过100&C，并尽可能地使其保持稳定不变。（3） 热电阻的插人深度可根据现场实际需要决定。但是至少应不小于热电阻保护管外径的8倍?10倍。（4） 热电阻应尽可能的垂直安装，以防在高温下弯曲变形。接线 盒的出线孔应该向下以防因密封不良而使水汽、灰尘和脏物落人接线 盒中。&（5） 热电阻与显示仪表的连接导线可用绝缘铜导线（最好是带屏 蔽的）。其阻值必须满足显示仪表接线技术条件的规定的数据，采用二线或是三线制连接也必须根据显示仪表的要求而定。（6） 热电阻在使用过程中，应尽量避免被测温场以外辐射源的热辐射影响和热电阻本身热传导作用的影响，以防带来附加误差。（7） 在使用中要经常注意热电阻丝和保护管之间，以及它们与大 地之间的绝缘是否良好，以防带来测量附加误差，甚至影响仪表正常工作。热电阻在使用中的误差及修正方法如下：（1） 分度误差及修正方法。对于工业热电阻，它的分度误差就是热电阻的电阻值与温度的关系特性与统一分度表的偏差。这个偏差 不能超过表3 - 14所规定的误差范围。可以按此偏差对测量结果进行修正。（2） 线路电阻引起的误差及修正方法。热电阻与显示仪表或变送器配套测温时，两者之间是用铜导线连接起来的，由于显示仪表的工作原理规定了线路电阻有一个严格的数值（如5），这个电阻数值不准确则会给测量带来附加误差。其次，由于连接导线是铜导线，它受环境温度变化的影响。当环境温度变化时也会引起误差。消除这些 误差的方法是如兆问所述的三线制连接法。因为这种连接方法是将 两根铜导线分别接在显示仪表电桥的两个桥臂上，当环境温度变化时，可以相互抵消，电桥仍能平衡，这就消除了因环境温度变化所引起的示值误差。（3） 热交换引起的误差及消除方法。利用热电阻测温因热交换引起的误差及消除方法与热电偶相同， 见124问。（4） 由显示仪表所引起的误差及修正。显示仪表的基本误差的大小是由仪表的准确度等级决定的，要消除该项误差，应定期校准显示仪表，用校准的结果对显示仪表进行修正。（5） 热电阻与显示仪表或变送器配套使用时，热电阻是仪表测量线路的一部分，测量线路上的电流通过热电阻时会使它发热而引起附 加误差。这个误差的大小因电流的大小而不同。在工业上使用的热 电阻,只要通过它的电流不超过6mA时，这项误差是很小的（约0. 1℃ ），可不予考虑故一般配热电阻的显示仪表在设计测量线路时， 都限制通过热电阻的电流不超过6mA，通常取3mA左右，以便尽量减少此项误差。（6）动态误差。当被测介质发生变化后，热电阻及其配套的显示 仪表（如自动平衡电桥）由于热惯性和机械惯性等原因,来不及立即显 示出变化了的温度，因而引起误差，这就是热电阻测温的动态误差。 这项误差的大小主要取决于热电阻的时间常数和热电阻保护管的直 径和厚度。一般在温度较稳定或变化很缓慢的场合下测温时，此项误差很小，可以不予考虑，但在温度变化很快的场合测温时，动态误差就可能增大。由于热电阻的体积比较大的缘故，热电阻测温的动态误差比热电 偶测温产生的动态误差要大，所以在快速测温中使用热电阻要受到一定的限制。消除热电阻测温中引起的动态误差的方法与热电偶相同，见本书124 问。
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