膨胀式温度传感器的工作原理

双金属式温度传感器

双金属温度计属于机械温度传感器，它是由两种线胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的。它是一种固体膨胀式温度计。其结构简单、牢固，又可将温度变化转换成机械量变化，不仅用于测量温度，而且还用于温度控制装置（尤其是开关的“通-断”控制），其使用范围相当广泛。

如图（a）所示，将其一端固定，如果温度升高，下面的金属 B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属 A（例如因瓦合金）却几乎不变。致使双金属片向上翘。温度越高则产生的线胀差越大，引起的弯曲角度越大。

图（b）为双金属温度计的螺旋结构。它的感温元件通常绕成螺旋形，一端固定，另一端连接指针轴。温度变化时，双金属片因受热或冷却的作用，使感温元件的弯曲率发生变化，并通过指针轴带动指针偏转，在刻度盘上直接显示出温度的变化。

压力式温度计

在密封的容器中，充以气体、液体或低沸点液体及其饱和蒸汽，使其作为传感器件。当此感温件的温度变化时，容器内所充介质的体积或压力随之而变，这种变化由和容器相连的压力表检测出来，并由压力表直接显示出温度的读数。这种形式的温度计称为压力式温度计。

按照密封容器内所充的介质种类，分为充液压力式温度计、充气压力式温度计和充蒸汽压力式温度计。

上图为这类压力式温度计的基本原理图。充满介质的温包1放在被测对象内，通过毛细管2将温包内脏和压力表3相连，整个连通空间内都充满介质。当被测对象的温度发生变化时，温包内介质的温度也相应变化，导致介质压力变化。通过毛细管的导压，压力表内弹簧管的自由端将产生相应的位移，使指针指出相应的温度。

液体压力温度计的热敏筒、毛细管以及波尔铜管彼此密封连接，并将热敏液体严密地封入其中，如下图所示。

随着热敏筒的温度上升而使液体膨胀时，波尔铜管的端部便发生偏移。利用这种偏移效应，就能指示出温度的大小。用作恒温器时，由于液体膨胀而压迫膜片，使其连接的开关动作。常采用煤油（最高使用温度315℃）、乙醇（150℃）以及水银（550℃）。

蒸汽压力温度计是在热敏筒中留有空隙，采用惰性液体而制成的，其形状与液体压力温度计相类似。热敏液体为丙烷（-45～109℃）、正T烷（10～105℃）、甲苯（50~315℃），以及波氧（-185～135℃）等。这类传感器工作原理较为简单，与双金属恒温器一样，也无需使用特殊电路。因此，当前仍被广泛使用。气体压力温度计是采用惰性气体，最高使用温度为550℃。液化天然气等也可用于低温区的温度测量。

压力式温度计的指示表头与被测对象有一定距离，毛细管的长度为几米到几十米。温度计的测温范围是-120℃～500℃，随所充介质的不同而有所差异。国产压力式温度计的准确度等级有三种∶1.0、 1.5和2.5。这类仪表没有电源，防火防爆的性能好，因此在一些化工、石油等企业中应用较多。
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