溫度傳感器原理有哪些
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溫度傳感器原理有哪些,很多的電子設備都是需要用到傳感器,很多人不太瞭解傳感器,傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,並能將感受到的信息,以下分享溫度傳感器原理有哪些呢?
溫度傳感器工作原理
1、金屬膨脹原理設計的傳感器
金屬在環境溫度變化後會產生一個相應的延伸,因此傳感器可以以不同方式對這種反應進行信號轉換。
2、雙金屬片式傳感器
雙金屬片由兩片不同膨脹係數的金屬貼在一起而組成,隨着溫度變化,材料A比另外一種金屬膨脹程度要高,引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉換成一個輸出信號。
3、雙金屬桿和金屬管傳感器
隨着溫度升高,金屬管(材料A)長度增加,而不膨脹鋼杆(金屬B)的長度並不增加,這樣由於位置的改變,金屬管的線性膨脹就可以進行傳遞。反過來,這種線性膨脹可以轉換成一個輸出信號。
4、液體和氣體的變形曲線設計的傳感器
在溫度變化時,液體和氣體同樣會相應產生體積的變化。
多種類型的結構可以把這種膨脹的變化轉換成位置的變化,這樣產生位置的變化輸出(電位計、感應偏差、擋流板等等)。
5、電阻傳感
金屬隨着溫度變化,其電阻值也發生變化。
對於不同金屬來說,溫度每變化一度,電阻值變化是不同的,而電阻值又可以直接作爲輸出信號。
6、熱電偶傳感
熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成,在末端焊接在一起。再測出不加熱部位的環境溫度,就可以準確知道加熱點的溫度。由於它必須有兩種不同材質的導體,所以稱之爲熱電偶。
不同材質做出的熱電偶使用於不同的溫度範圍,它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時,輸出電位差的變化量。對於大多數金屬材料支撐的熱電偶而言,這個數值大約在5~40微伏/℃之間。
溫度傳感器是一種通過傳導達到熱平衡的測量設備,溫度傳感器是用來測量溫度的,一般在工業使用。溫度傳感器可以用來測量一些運動中的物體,也可以用來測量一些熱容量很小的物體,是一種會產生比較大誤差的測量工具。
溫度傳感器可以分爲好幾種,比較常見的是接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。我們在使用溫度傳感器的時候,對測量的對象是需要進行及時記錄的。
溫度傳感器工作原理
1、熱電偶傳感器工作原理
當有兩種不同的導體和半導體A和B組成一個迴路,其兩端相互連接時,只要兩結點處的溫度不同,一端溫度爲T,稱爲工作端或熱端,另一端溫度爲TO,稱爲自由端或冷端,則迴路中就有電流產生,即迴路中存在的電動勢稱爲熱電動勢。
這種由於溫度不同而產生電動勢的現象稱爲塞貝克效應。與塞貝克有關的效應有兩個:其一,當有電流流過兩個不同導體的連接處時,此處便吸收或放出熱量(取決於電流的方向),稱爲珀爾帖效應;
其二,當有電流流過存在溫度梯度的導體時,導體吸收或放出熱量(取決於電流相對於溫度梯度的方向),稱爲湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體的組合稱爲熱電偶。
2、電阻傳感器工作原理
導體的電阻值隨溫度變化而改變,通過測量其阻值推算出被測物體的溫度,利用此原理構成的傳感器就是電阻溫度傳感器,這種傳感器主要用於-200—500℃溫度範圍內的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要製造材料,熱電阻的材料應具有以下特性:
(1)、電阻溫度係數要大而且穩定,電阻值與溫度之間應具有良好的線性關係。
(2)、電阻率高,熱容量小,反應速度快。
(3)、材料的復現性和工藝性好,價格低。
(4)、在測溫範圍內化學物理特性穩定。
目前,在工業中應用最廣的鉑和銅,並已製作成標準測溫熱電阻。
3、紅外溫度傳感器
在自然界中,當物體的溫度高於絕對零度時,由於它內部熱運動的存在,就會不斷地向四周輻射電磁波,其中就包含了波段位於0.75~100μm的`紅外線,紅外溫度傳感器就是利用這一原理製作而成的。
4、數字式溫度傳感器
它採用硅工藝生產的數字式溫度傳感器,其採用PTAT結構,這種半導體結構具有精確的,與溫度相關的良好輸出特性。PTAT的輸出通過佔空比比較器調製成數字信號,佔空比與溫度的關係如下式:DC=0.32 0.0047*t,t爲攝氏度。
輸出數字信號故與微處理器MCU兼容,通過處理器的高頻採樣可算出輸出電壓方波信號的佔空比,即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝,分辨率優於0.005K。
5、邏輯輸出型溫度傳感器
設定一個溫度範圍,一旦溫度超出所規定的範圍,則發出報警信號,啓動或關閉風扇、空調、加熱器或其它控制設備,此時可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
6、模擬溫度傳感器
常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。
AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器,供電電壓範圍爲3~30V,輸出電流223μA(-50℃)~423μA( 150℃),靈敏度爲1μA/℃。當在電路中串接採樣電阻R時,R兩端的電壓可作爲輸出電壓。
注意R的阻值不能取得太大,以保證AD590兩端電壓不低於3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。作爲一種高阻電流源,最高可達20MΩ,所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用於多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。
1、什麼是傳感器?
傳感器(Sensor)是指將收集到的信息轉換成設備能處理的信號的元件或裝置。人類會基於視覺、聽覺、嗅覺、觸覺獲得的信息進行行動,設備也一樣,會根據傳感器獲得的信息進行控制或處理。
傳感器收集轉換的信號(物理量)有溫度、光、顏色、氣壓、磁力、速度、加速度等,這些利用了半導體的物質變化。除此之外,還有利用酶和微生物等生物物質的生物傳感器。傳感器的種類繁多,大約有3萬種以上。
要想徹底搞清楚傳感器,幾乎要跨越所有的製造業門類,難度有如識別滿天繁星。常見的傳感器種類有:溫度傳感器、溼度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉矩傳感器等。
2、傳感器有多重要?
傳感器處於一切工業產品的最前沿陣地,它提供了感知物理世界的第一道哨卡。這些傳感器提供實時監控,包括過程所需的檢測和報告。
發送由傳感器監視和收集的數據以進行控制和分析,並且通過傳感器發出電信號來報告特定屬性中的任何異常。這樣,傳感器可以提高流程效率和產品質量,同時確保流程符合最佳實踐。因此,沒有衆多優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎。
傳感器的主要特點包括:提高了數據捕獲的靈敏度,幾乎無損的傳輸以及連續,實時的分析。實時反饋和數據分析服務可確保流程處於活動狀態並以最佳方式執行。
傳感技術的不斷髮展催生了當今的智能傳感器。與傳統的沒有有源組件的模擬傳感器不同,智能傳感器包含電路,允許它們進行測量並將值輸出爲數字數據。這些傳感器具有嵌入式微處理器單元,並在信號轉換器上安裝了許多傳感設備。
智能傳感器能夠執行許多內在的智能功能,例如自我測試,自我驗證,自我適應和自我識別的能力。他們瞭解流程要求,管理各種條件,並可以檢測條件以支持實時決策。這些智能傳感器針對多種過程條件進行了編程,使執行人員可以獲得最大收益。
中國、美國、德國等世界將傳感器列爲未來重大科技項目,想要在傳感器上實現技術突破,足以說明它的重要性。世界聯合商會更是曾做出評價:誰支配了傳感器,誰就能支配了新時代。
3、傳感器市場保持較快增長
2012年至2021年,我國工業增加值從20.9萬億元增長到37.3萬億元;以不變價計算,工業增加值年均增長6.3%,遠高於同期全球工業增加值2%左右的年均增速;製造業增加值從16.98萬億元增加到31.4萬億元,佔全球比重從22.5%提高到近30%。
萬物互聯,工業增加值的快速提升,背後離不開強大傳感器的支撐。信息時代,傳感器在工業生產、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷等領域得到廣泛應用。
到2025年,物聯網帶來的經濟效益將在2.7萬億到6.2萬億美元之間,其中傳感器作爲物聯網技術最重要的數據採集入口,將迎來廣闊的發展空間。
我國的製造強國戰略,同樣離不開強大傳感器的支撐!據中國信通院數據顯示,近年來中國傳感器市場規模保持較快增長,2019年中國傳感器市場依然保持增長,整體市場規模達到2188.8億元,同比增長12.7%。2021年市場規模達到2951.8億元,增速達17.6%。
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