熱傳感器應(yīng)用：溫度傳感器的應(yīng)用 應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？
溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為人們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。接下來，小編就帶大家去了解一下溫度傳感器的應(yīng)用以及它的應(yīng)用領(lǐng)域。
溫度傳感器的主要應(yīng)用
溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要而普遍的測量參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位，約占50%。溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會不斷涌現(xiàn)。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度測量的范圍極寬，從零下幾百度到零上幾千度，而各種材料做成的溫度傳感器只能在一定的溫度范圍內(nèi)使用。
溫度傳感器溫度傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到同一溫度。這一類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅鳎赃_(dá)到測溫的目的。這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器。這種測溫方法的主要特點(diǎn)是可以測量運(yùn)動狀態(tài)物質(zhì)的溫度（如慢速行使的火車的軸承溫度，旋轉(zhuǎn)著的水泥窯的溫度）及熱容量小的物體（如集成電路中的溫度分布）。
在傳感器中的應(yīng)用
溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼 開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測量這個(gè)電位差，再測出不 加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度 也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40微伏/℃之間。熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶 溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。
溫度傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
(1)感測應(yīng)用。溫度傳感器的熱轉(zhuǎn)換方式經(jīng)常被用來測量物理量(如流量、輻 射、氣體壓力、氣體種類、濕度、熱化學(xué)反應(yīng)等)。這些傳感器的測量值都是以熱 形式為媒介并以電信號的方式輸出。
(2)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用必須使用特殊的溫度傳感器，其中最重要 的特性是要求低功耗、長期穩(wěn)定性好、可靠性高以及在32~44℃之間，精確度小 于0.1℃。
(3)太空應(yīng)用。熱敏電阻以及硅PN結(jié)已經(jīng)使用于太空溫度測量。利用分立的模擬和數(shù)字接口電路從感測元件讀取溫度信息對于低成本、低質(zhì)量的使用情況 越來越不適用.尤其在微米/納米衛(wèi)星中更難滿足需要。具有數(shù)字輸出功能的智能溫度傳感器可應(yīng)用于未來的衛(wèi)星設(shè)計(jì)中.并能傳送與微處理器兼容的數(shù)字信息。
(4)工業(yè)應(yīng)用。集成溫度傳感器在自動化應(yīng)用和微生物體熱檢測應(yīng)用已有報(bào)道，盡管它們的特性和需求根據(jù)每個(gè)特殊的應(yīng)用而變化非常大.對于低成本、長期 穩(wěn)定性和可靠性、強(qiáng)大的數(shù)字接口以及通信系統(tǒng)等這些特殊的應(yīng)用需求，目前的智 能溫度傳感器都可滿足。
(5)消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用。低成本集成溫度傳感器與變送器已經(jīng)出現(xiàn)，而且被應(yīng)用于 消費(fèi)產(chǎn)品中，如洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等。低成本、無需外部部件、制造時(shí)簡單的片 上校正等是消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用的特殊需求.并且在一20一100℃之間測量精度要能達(dá) 到0.5℃。
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熱傳感器應(yīng)用：溫度傳感器的應(yīng)用
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儀器儀表的應(yīng)用
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MEMS傳感器的應(yīng)用
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傾角傳感器的應(yīng)用
傾角傳感器典型應(yīng)用場合：角度測量，水平調(diào)整，零位調(diào)整傾角開關(guān)（十二路開關(guān)信號），安全控制，監(jiān)控，報(bào)警機(jī)械臂，大壩，建筑，橋梁角度測量對準(zhǔn)控制，彎曲控制。初始位置控制，傾角姿態(tài)記錄儀汽車四輪定位傾角傳感器應(yīng)用特點(diǎn)：可以調(diào)節(jié)輸出頻率，內(nèi)置零位調(diào)整，可以根據(jù)要求定制零位調(diào)整按鈕，從而實(shí)現(xiàn)在一定的角度置零的功能。這對于要測量相…[了解更多]
溫度傳感器的應(yīng)用
溫度傳感器的性能還由其應(yīng)用領(lǐng)域的許多因素決定，如外部環(huán)境(物理和電學(xué) 的)、電源供電方式等。總的來說，溫度傳感器主要應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域。 (1)感測應(yīng)用。溫度傳感器的熱轉(zhuǎn)換方式經(jīng)常被用來測量物理量(如流量、輻 射、氣體壓力、氣體種類、濕度、熱化學(xué)反應(yīng)等)。這些傳感器的測量值都是以熱 形式為媒介并以電信號的方式輸出。 …[了解更多]
壓力傳感器的應(yīng)用
壓力傳感器，是工業(yè)中最為常用的一種傳感器，隨著科技的不斷發(fā)展，其種類也在不斷的增多，并廣泛的應(yīng)用在眾多領(lǐng)域，從工業(yè)延伸到日常生活中。如航空航天、石化等等。下面小編就為大家介紹壓力傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些：1、科學(xué)研究在基礎(chǔ)科學(xué)研究中，傳感器具有突出的地位。例如，在開拓新能源新材料等具有遠(yuǎn)望作用的各種尖端技術(shù)研究，如超高溫…[了解更多]
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熱傳感器應(yīng)用：溫度傳感器的應(yīng)用及原理
描述
溫度測量應(yīng)用非常廣泛，不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制，有些電子產(chǎn)品還需對它們自身的溫度進(jìn)行測量，如計(jì)算機(jī)要監(jiān)控CPU的溫度，馬達(dá)控制器要知道功率驅(qū)動IC的溫度等等，下面介紹幾種常用的溫度傳感器。溫度是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要測試的參數(shù)，從鋼鐵制造到半導(dǎo)體生產(chǎn)，很多工藝都要依靠溫度來實(shí)現(xiàn)，溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界之間的橋梁。本文對不同的溫度傳感器進(jìn)行簡要概述，并介紹與電路系統(tǒng)之間的接口。
熱敏電阻器
用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)，也就是說溫度下降時(shí)它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時(shí)電阻的變化)最高，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。
表1是一個(gè)典型的NTC熱敏電阻器性能參數(shù)。
這些數(shù)據(jù)是對Vishay-Dale熱敏電阻進(jìn)行量測得到的，但它也代表了NTC熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個(gè)比率形式給出(R/R25)，該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25℃時(shí)的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。以表1中的熱敏電阻系列為例，25℃時(shí)阻值為10Kω的電阻，在0℃時(shí)電阻為28.1Kω，60℃時(shí)電阻為4.086Kω；與此類似，25℃時(shí)電阻為5Kω的熱敏電阻在0℃時(shí)電阻則為 14.050Kω。
雖然這里的熱敏電阻數(shù)據(jù)以10℃為增量，但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點(diǎn)之間某一溫度下的阻值，可以用這個(gè)曲線來估計(jì)，也可以直接計(jì)算出電阻值，計(jì)算公式如下：
熱敏電阻一般有一個(gè)誤差范圍，用來規(guī)定樣品之間的一致性。根據(jù)使用的材料不同，誤差值通常在1%至10%之間。有些熱敏電阻設(shè)計(jì)成應(yīng)用時(shí)可以互換，用于不能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)的場合，例如一臺儀器，用戶或現(xiàn)場工程師只能更換熱敏電阻而無法進(jìn)行校準(zhǔn)，這種熱敏電阻比普通的精度要高很多，也要貴得多。
圖2是利用熱敏電阻測量溫度的典型電路。
電阻R1將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓，一般它與ADC的參考電壓一致，因此如果ADC的參考電壓是5V，Vref也將是5V。熱敏電阻和電阻串聯(lián)產(chǎn)生分壓，其阻值變化使得節(jié)點(diǎn)處的電壓也產(chǎn)生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。
自熱問題
由于熱敏電阻是一個(gè)電阻，電流流過它時(shí)會產(chǎn)生一定的熱量，因此電路設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保拉升電阻足夠大，以防止熱敏電阻自熱過度，否則系統(tǒng)測量的是熱敏電阻發(fā)出的熱，而不是周圍環(huán)境的溫度。
熱敏電阻消耗的能量對溫度的影響用耗散常數(shù)來表示，它指將熱敏電阻溫度提高比環(huán)境溫度高1℃所需要的毫瓦數(shù)。耗散常數(shù)因熱敏電阻的封裝、管腳規(guī)格、包封材料及其它因素不同而不一樣。
系統(tǒng)所允許的自熱量及限流電阻大小由測量精度決定，測量精度為±5℃的測量系統(tǒng)比精度為±1℃測量系統(tǒng)可承受的熱敏電阻自熱要大。應(yīng)注意拉升電阻的阻值必須進(jìn)行計(jì)算，以限定整個(gè)測量溫度范圍內(nèi)的自熱功耗。給定出電阻值以后，由于熱敏電阻阻值變化，耗散功率在不同溫度下也有所不同。有時(shí)需要對熱敏電阻的輸入進(jìn)行標(biāo)定以便得到合適的溫度分辨率，圖3是一個(gè)將10～40℃溫度范圍擴(kuò)展到ADC整個(gè)0～5V輸入?yún)^(qū)間的電路。
運(yùn)算放大器輸出公式如下：
一旦熱敏電阻的輸入標(biāo)定完成以后，就可以用圖表表示出實(shí)際電阻與溫度的對應(yīng)情況。由于熱敏電阻是非線性的，所以需要用圖表表示，系統(tǒng)要知道對應(yīng)每一個(gè)溫度ADC的值是多少，表的精度具體是以1℃為增量還是以5℃為增量要根據(jù)具體應(yīng)用來定。
累積誤差
用熱敏電阻測量溫度時(shí)，在輸入電路中要選擇好傳感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些場合需要精度為1%的電阻，而有些可能需要精度為0.1%的電阻。在任何情況下都應(yīng)用一張表格算出所有元件的累積誤差對測量精度的影響，這些元件包括電阻、參考電壓及熱敏電阻本身。
如果要求精度高而又想少花一點(diǎn)錢，則需要在系統(tǒng)構(gòu)建好后對它進(jìn)行校準(zhǔn)，由于線路板及熱敏電阻必須在現(xiàn)場更換，所以一般情況下不建議這樣做。在設(shè)備不能作現(xiàn)場更換或工程師有其它方法監(jiān)控溫度的情況下，也可以讓軟件建一張溫度對應(yīng)ADC變化的表格，這時(shí)需要用其它工具測量實(shí)際溫度值，軟件才能創(chuàng)建相對應(yīng)的表格。對于有些必須要現(xiàn)場更換熱敏電阻的系統(tǒng)，可以將要更換的元件(傳感器或整個(gè)模擬前端)在出廠前就校準(zhǔn)好，并把校準(zhǔn)結(jié)果保存在磁盤或其它存儲介質(zhì)上，當(dāng)然，元件更換后軟件必須要能夠知道使用校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。
電阻溫度探測器
電阻溫度探測器(RTD)實(shí)際上是一根特殊的導(dǎo)線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常RTD材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。RTD元件可以是一根導(dǎo)線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或?yàn)R射的方法涂敷在陶瓷類材料基底上。
RTD的電阻值以0℃阻值作為標(biāo)稱值。0℃ 100ω鉑RTD電阻在1℃時(shí)它的阻值通常為100.39ω，50℃時(shí)為119.4ω，圖4是RTD電阻/溫度曲線與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。 RTD的誤差要比熱敏電阻小，對于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，RTD與熱敏電阻的接口電路基本相同。
熱電偶
熱電偶由兩種不同金屬結(jié)合而成，它受熱時(shí)會產(chǎn)生微小的電壓，電壓大小取決于組成熱電偶的兩種金屬材料，鐵-康銅(J型)、銅-康銅(T型)和鉻-鋁(K型)熱電偶是最常用的三種。
熱電偶產(chǎn)生的電壓很小，通常只有幾毫伏。K型熱電偶溫度每變化1℃時(shí)電壓變化只有大約40μV，因此測量系統(tǒng)要能測出4μV的電壓變化測量精度才可以達(dá)到0.1℃。
由于兩種不同類型的金屬結(jié)合在一起會產(chǎn)生電位差，所以熱電偶與測量系統(tǒng)的連接也會產(chǎn)生電壓。一般把連接點(diǎn)放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處以同一溫度下，從而降低誤差。有時(shí)候也會測量隔熱塊的溫度，以補(bǔ)償溫度的影響(圖5)。
固態(tài)熱傳感器
最簡單的半導(dǎo)體溫度傳感器就是一個(gè)PN結(jié)，例如二極管或晶體管基極-發(fā)射極之間的PN結(jié)。如果一個(gè)恒定電流流過正向偏置的硅 PN結(jié)，正向壓降在溫度每變化1℃時(shí)會降低1.8mV。很多IC利用半導(dǎo)體的這一特性來測量溫度，包括美信的MAX1617、國半的LM335和LM74 等等。半導(dǎo)體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行SPI/微線接口都可以。溫度傳感器種類很多，通過正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應(yīng)用的傳感器。
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熱傳感器應(yīng)用：熱傳感器的應(yīng)用有哪些？
熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶,其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成,其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式,因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號,并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá)104Mω,故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片, 并在它的兩面鍍上金屬電極,然后加電對其進(jìn)行極化,這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的,因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。
制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料,它的探測波長范圍為0.2~20μm。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度,該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外,還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。
