溫度傳感器熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：
①測量精度高。因溫度傳感器熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
②測量范圍廣。常用的溫度傳感器熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。
③構(gòu)造簡單，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。
1.溫度傳感器熱電偶測溫基本原理
將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖2-1-1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。
2.溫度傳感器熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成
(1)溫度傳感器熱電偶的種類
常用溫度傳感器熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶 我國從1988年1月1日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型溫度傳感器熱電偶。
(2)溫度傳感器熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：
① 組成溫度傳感器熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;
② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路;
③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠;
④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
3.溫度傳感器熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償
由于溫度傳感器熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴 金屬時(shí))，而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把溫度傳感器熱電偶的冷 端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。必須指出，溫度傳感器熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使溫度傳感器熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響。
在使用溫度傳感器熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。
二、溫度傳感器熱電阻的應(yīng)用原理
溫度傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。
1.溫度傳感器熱電阻測溫原理及材料
溫度傳感器熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。
2.溫度傳感器熱電阻的結(jié)構(gòu)
(1)精通型溫度傳感器熱電阻 工業(yè)常用溫度傳感器熱電阻感溫元件(電阻體)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見表2-1-11。從溫度傳感器熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過溫度傳感器熱電阻阻值的變化來測量的，因此，溫度傳感器熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制，
有關(guān)具體內(nèi)容參見本篇第三章第一節(jié).
(2)鎧裝溫度傳感器熱電阻 鎧裝溫度傳感器熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為φ2~φ8mm，最小可達(dá)φmm。
與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小;②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊;③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。
(3)端面溫度傳感器熱電阻 端面溫度傳感器熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向溫度傳感器熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
(4)隔爆型溫度傳感器熱電阻 隔爆型溫度傳感器熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會(huì)引超爆炸。隔爆型溫度傳感器熱電阻可用于Bla~B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。
3.溫度傳感器熱電阻測溫系統(tǒng)的組成
溫度傳感器熱電阻測溫系統(tǒng)一般由溫度傳感器熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：
①溫度傳感器熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致
②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。
(2)鎧裝溫度傳感器熱電阻 鎧裝溫度傳感器熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為φ2~φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小;②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊，③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。
(3)端面溫度傳感器熱電阻 端面溫度傳感器熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向溫度傳感器熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
(4)隔爆型溫度傳感器熱電阻 隔爆型溫度傳感器熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用
隨著時(shí)代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門，越來越需要采用濕度傳感器，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越業(yè)越高，對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè)。如何使用好濕度傳感器，如何判斷濕度傳感器的性能，這對一般用戶來講，仍是一件較為復(fù)雜的技術(shù)問題。
下列此文供大家參考。
一、濕度傳感器的分類及感濕特點(diǎn)
濕度傳感器，分為 電阻式 和 電容式 兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。
國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕度傳感器具有如下特點(diǎn)：
1、 精度和長期穩(wěn)定性
濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~±5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫(20℃±10℃)和潔凈的氣體中測量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，長期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。
2、 濕度傳感器的溫度系數(shù)
濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч蔷�性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。
3、 濕度傳感器的供電
金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。
4、 互換性
目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，(但互換性仍很差)取得了較好效果。
5、 濕度校正
校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見的指針式濕度計(jì)是不能用來作標(biāo)定的，精度無法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，(最好在濕度環(huán)境適合的條件下)在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。
二、對濕度傳感器性能作初步判斷的幾種方法
在濕度傳感器實(shí)際標(biāo)定困難的情況下，可以通過一些簡便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。
1、一致性判定，同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩(wěn)定的條件下，觀察測試的一致性。若進(jìn)一步檢測，可在24h內(nèi)間隔一段時(shí)間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。
2、用嘴呵氣或利用其它加濕手段對傳感器加濕，觀察其靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。
3、對產(chǎn)品作開盒和關(guān)盒兩種情況的測試。比較是否一致，觀察其熱效應(yīng)情況。
4、對產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)(根據(jù)說明書標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行測試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。
產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對檢測，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長期使用過程中的長期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。
三、對市場上濕度傳感器產(chǎn)品的幾點(diǎn)分析
國內(nèi)市場上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。 電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國外名牌，價(jià)格都較昂貴。市場上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正，使?jié)穸瘸霈F(xiàn)"階躍"性的跳躍，使精度降低，出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點(diǎn)。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為pF級，1%RH的變化不足0.5pF，容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。 電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點(diǎn)，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效，往往采用通電除塵的方法來處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無法克服其表面結(jié)構(gòu)"天然老化"的弱點(diǎn)，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長期穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)。 氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長期穩(wěn)定性極強(qiáng)，因此通過嚴(yán)格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度，穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性，是長期使用壽命的可靠保證。氯化鋰濕敏元件的長期穩(wěn)定性其它感濕材料尚無法取代。 |
