温度传感器的工作原理主要基于以下几种效应:
热电效应
定义:当两种不同材料组成的电路连接时,由于温度差异,电路中会出现电流的现象,这个电流被称为热电流。
应用:热电偶是利用热电效应来测量温度的。热电偶的基本原理是将两种不同材料的金属线焊接在一起,形成一个闭合电路。当两个金属线连接处的温度不同时,由于热电效应,电路中会出现热电流。这个热电流的大小取决于两个金属材料的性质以及它们之间的温度差异。通过测量热电流的大小,可以确定两个金属线连接处的温度差。
电阻效应
定义:导体的电阻值随温度变化而改变,通过测量其阻值可以推算出被测物体的温度。
应用:电阻温度传感器(RTD)利用金属或半导体材料的电阻随温度变化的特性来测量温度。常见的如铂热电阻,温度升高时其电阻值按一定规律增大,通过测量电阻值变化,并依据对应的分度表就能得出温度值。
热敏电阻效应
定义:采用半导体材料制作,其电阻值随温度变化明显且非线性。分为正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻,PTC电阻随温度升高而增大,NTC则相反,通过检测电阻变化来获取温度信息。
应用:热敏电阻温度传感器具有灵敏度高、响应速度快、体积较小等优点,但线性度差,测量精度有限,稳定性也稍弱。
双金属片效应
定义: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。
液体和气体变形曲线
定义: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,从而产生位置的变化输出(如电位计、感应偏差、挡流板等)。
红外吸收效应
定义:当物体的温度高于绝对零度时,由于内部热运动的存在,会不断向四周辐射电磁波,其中包含红外线。红外温度传感器利用这一原理制作而成,通过测量红外辐射的强度来推算物体的温度。
数字式温度传感器
定义:采用硅工艺生产的数字式温度传感器,其采用PTAT结构,具有精确的与温度相关的输出特性。PTAT的输出通过占空比比较器调制制成数字信号。
这些原理可以单独使用,也可以组合使用,以适应不同的测量需求和场景。温度传感器在工业、医疗、环境监测等领域有广泛的应用。