温度传感器开/关控器和电阻案例结构及颜色代码-电子发烧友网

所有传感器中最常用的类型是检测温度或加热的传感器类型。

这些类型的温度传感器与简单的ON /不同OFF控制家用热水加热系统的恒温装置，用于控制复杂过程控制炉设备的高灵敏度半导体类型。

我们从学校科学课上记得分子和原子的运动产生热量（动力学）能量），运动越大，产生的热量就越多。温度传感器测量物体或系统产生的热能或甚至冷度，使我们能够“感知”或检测到该温度的任何物理变化，从而产生模拟或数字输出。 / p>

有许多不同类型的温度传感器，根据实际应用，它们都有不同的特性。温度传感器由两种基本物理类型组成：

接触式温度传感器类型 - 需要这些类型的温度传感器与被感测物体物理接触并使用传导来监测温度变化。它们可用于在很宽的温度范围内检测固体，液体或气体。

非接触式温度传感器类型 - 这些类型的温度传感器使用对流和辐射监测温度的变化。它们可用于检测在热量上升时发出辐射能量的液体和气体，并在对流中冷却到底部，或检测以红外辐射（太阳）形式从物体传播的辐射能量。

两种基本类型的接触或甚至非接触式温度传感器也可以细分为以下三组传感器，机电，电阻和电子以及所有三种类型将在下面讨论。

恒温器

恒温器是一个联系人型机电温度传感器或开关，基本上由两种不同的金属组成，如镍，铜，钨或铝等，它们粘合在一起形成一种双金属带。当带材受热时，两种不同金属的不同线性膨胀率会产生机械弯曲运动。

双金属带材本身可用作电气开关或机械操作方式恒温控制中的电气开关，广泛用于控制锅炉，熔炉，热水储罐以及车辆散热器冷却系统中的热水加热元件。

双金属恒温器

恒温器由两种热不同的金属背靠背粘在一起组成。当它处于冷态时，触点闭合，电流通过恒温器。当它变热时，一个金属比另一个金属膨胀更多，并且粘合的双金属条带向上（或向下）弯曲以打开触点，防止电流流动。

开/关温控器

主要根据温度变化时的运动，有两种主要类型的双金属条。有一种“快动作”类型，可以在设定温度点对电触点产生瞬时“开/关”或“关/开”类型动作，以及逐渐改变其位置的较慢“蠕变动作”类型随着温度的变化。

快动式恒温器在我们家中常用于控制烤箱，熨斗，浸入式热水箱的温度设定点，它们也可以在墙壁上找到以控制国内加热系统。

爬行器类型通常由双金属线圈或螺旋线组成，随着温度的变化缓慢展开或卷起。一般来说，爬行型双金属条对温度变化比标准按扣ON / OFF类型更敏感，因为条带更长更薄，因此非常适合用于温度计和刻度盘等。

虽然非常在用作温度传感器时，标准快动型恒温器的一个主要缺点是便宜且可在很宽的工作范围内使用，它们具有从电触点打开到再次闭合时的大滞后范围。例如，它可以设置为20 o C但是可能不会打开直到22 o C或再次关闭直到18 o C。

因此温度变化范围可能非常高。用于家用的商用双金属恒温器确实具有温度调节螺钉，可以预先设定更精确的所需温度设定点和滞后水平。

热敏电阻

热敏电阻是另一种类型的温度传感器，其名称是单词 THERM -ally sensitive res- ISTOR 的组合。热敏电阻是一种特殊类型的电阻，当暴露于温度变化时会改变其物理电阻。

热敏电阻

热敏电阻通常由陶瓷材料制成，例如涂有玻璃的镍，锰或钴的氧化物，这使得它们容易损坏。它们对快动型的主要优势在于它们对温度，精度和可重复性的任何变化的响应速度。

大多数类型的热敏电阻具有负温度系数的电阻或（NTC），即它们的电阻值随着温度的升高而降低，当然还有一些具有正温度系数（PTC），其中随着温度的升高，它们的电阻值会升高。

热敏电阻由陶瓷型半导体材料构成，采用金属氧化物技术，如锰，钴和镍等。半导体材料通常形成小压力密封的圆盘或球，可以对温度的任何变化做出相对快速的响应。

热敏电阻的额定值是它们在室温下的电阻值（通常在25 o C），它们的时间常数（对温度变化作出反应的时间）和它们的功率对流过它们的电流进行评级。与电阻一样，热敏电阻的室温下电阻值从10ΩMΩ下降到几欧姆，但对于传感目的，通常使用的值为千欧姆。

热敏电阻是无源的电阻器件意味着我们需要通过它来产生可测量的电压输出。然后，热敏电阻通常与合适的偏置电阻串联连接以形成分压网络，电阻的选择在某个预定的温度点或值下提供电压输出，例如：

温度传感器示例No1

以下热敏电阻在25 o C时的电阻值为10KΩ，在100 o C时的电阻值为100Ω。当与12v电源上的1kΩ电阻串联时，计算热敏电阻两端的电压降及其输出电压（Vout）。

25 o C

100 o C

通过将R2的固定电阻值（在我们的示例中为1kΩ）更改为电位计或预设值，可以在预定的温度设定点获得电压输出，例如，在60 o C并通过改变电位计可以在更宽的温度范围内获得特定的输出电压。

需要注意的是，热敏电阻是非线性器件，它们在室温下的标准电阻值不同的热敏电阻之间存在差异，这主要是由于它们是由半导体材料制成的。热敏电阻随温度呈指数变化，因此具有Beta温度常数（β），可用于计算任何给定温度点的电阻。

电阻温度检测器（RTD）。

另一种电阻温度传感器是电阻温度检测器或RTD。 RTD是精密温度传感器，由高纯度导电金属（如铂，铜或镍）缠绕成线圈而制成，其电阻随温度变化而变化，类似于热敏电阻。还有薄膜RTD。这些器件有一层薄薄的铂浆沉积在白色陶瓷基板上。

电阻RTD

电阻温度探测器具有正温度系数（PTC），但与热敏电阻不同，它们的输出非常线性，可以非常精确地测量温度。

然而，它们具有非常差的热敏性，即温度变化只产生一个非常小的输出变化，例如，1Ω/ o C。

更常见的RTD类型是由铂制成的，称为铂电阻温度计或PRT，其中最常见的是所有Pt100传感器，其在0 o C时的标准电阻值为100Ω。缺点是Platinum价格昂贵，而且这种设备的主要缺点之一是其成本。

与热敏电阻一样，RTD是无源电阻器件，通过恒温电流通过温度传感器，可以获得随温度线性增加的输出电压。典型的RTD在0 o C时具有约100Ω的基极电阻，在100 o C时增加至约140Ω，工作温度范围在-200至+ 600之间 o C。

由于RTD是电阻器件，我们需要通过它们传递电流并监控产生的电压。然而，当电流流过电阻丝时，由于电阻丝的自身热引起的电阻变化， I 2 R ，（欧姆定律）会导致读数出错。为避免这种情况，RTD通常连接到惠斯通电桥网络，该网络具有额外的连接线，用于引线补偿和/或连接到恒流源。

热电偶

热电偶是迄今为止所有温度传感器类型中最常用的类型。热电偶因其尺寸小，易于使用以及对温度变化的响应速度而广受欢迎。热电偶的温度范围最宽，从-200° o C以下到2000以上

热电偶是热电传感器它基本上由不同金属的两个连接点组成，例如铜和康铜，焊接或压接在一起。一个结保持在称为参考（冷）结的恒定温度，而另一个结是测量（热）结。当两个结处于不同温度时，在结点处产生电压，用于测量温度传感器，如下所示。

热电偶结构

热电偶的工作原理非常简单和基本。当熔合在一起时，两种不同金属如铜和康铜的结合产生“热电”效应，在它们之间产生仅几毫伏（mV）的恒定电位差。两个结之间的电压差称为“塞贝克效应”，因为沿着导线产生温度梯度，产生电动势。然后来自热电偶的输出电压是温度变化的函数。

如果两个结处于相同温度，则两个结之间的电位差为零，换句话说，没有电压输出为 V <子> 1 = V <子> 2 。然而，当结在电路内连接并且两者都处于不同温度时，将检测相对于两个结之间温度差的电压输出， V 1 -V 2 。这种电压差将随着温度的增加而增加，直到达到结峰值电压水平，这取决于所使用的两种不同金属的特性。

热电偶可由多种不同材料制成，可测量-200° o C至+ 2000 o C之间的极端温度。凭借如此多的材料和温度范围选择，我们开发了具有热电偶颜色代码的国际公认标准，以便用户为特定应用选择正确的热电偶传感器。标准热电偶的英国颜色代码如下：

热电偶颜色代码

上面用于一般温度测量的三种最常见的热电偶材料是 Iron-Constantan （J型）， Copper-Constantan （T型）和 Nickel-Chromium （K型）。热电偶的输出电压非常小，只有几毫伏（mV）的温度变化为10 o C，并且由于这种小的电压输出，通常需要某种形式的放大。

热电偶放大