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温度传感器及产业中心检测能力介绍
发布时间:2017-08-01 10:31 来源:欧姆龙 阅读:

温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

摄氏温标(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等份,每等分为摄氏1度,符号为℃。

华氏温标(℉)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等份每等份为华氏1度符号为℉。

热力学温标(符号T)又称开尔文温标(符号K),或绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。

国际温标:国际实用温标是一个国际协议性温标,它与热力学温标相接近,而且复现精度高,使用方便。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

ITS-90的定义:

第一温区为0.65K到5.00K之间,T90由3He和4He的蒸汽压与温度的关系式来定义。

第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是氦气体温度计来定义。

第三温区为平蘅氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义,它使用一组规定的定义内插法来分度。银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。

温度传感器的种类

温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。

(1)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。

(2)非接触式温度传感器

它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。

在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度,如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。

非接触测温优点:测量上限不受感温元件耐温程度的限制,因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温,主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展,辐射测温 逐渐由可见光向红外线扩展,700℃以下直至常温都已采用,且分辨率很高。

工作原理

(1)金属膨胀原理设计的传感器

金属在环境温度变化后会产生一个相应的延伸,因此传感器可以以不同方式对这种反应进行信号转换。

(2)双金属片式传感器

双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成,随着温度变化,材料A比另外一种金属膨胀程度要高,引起金属片弯曲。弯曲的曲率可以转换成一个输出信号。

(3)双金属杆和金属管传感器

随着温度升高,金属管(材料A)长度增加,而不膨胀钢杆(金属B)的长度并不增加,这样由于位置的改变,金属管的线性膨胀就可以进行传递。反过来,这种线性膨胀可以转换成一个输出信号。

(4)液体和气体的变形曲线设计的传感器

在温度变化时,液体和气体同样会相应产生体积的变化。多种类型的结构可以把这种膨胀的变化转换成位置的变化,这样产生位置的变化输出(电位计、感应偏差、挡流板等等)。

(5)热电阻温度传感器

金属随着温度变化,其电阻值也发生变化。对于不同金属来说,温度每变化一度,电阻值变化是不同的,而电阻值又可以直接作为输出信号。

(6)热电偶温度传感器

热电偶由两个不同材料的金属线组成,在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时,输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5~40微伏/℃之间。

由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关,用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程。

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