一、 传感器定义
什么叫传感器?从广义上讲,温度传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置;简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件(感知元件)和转换器件两部分组成,有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号,本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多,就其感知外界信息的原理来讲,可分为①物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类,基于化学反应的原理。③生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类(还有人曾将传感器分46类)。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。
MST型和 MSTB型温度传感器
二 、温度传感器及热敏元件
温度传感器主要由热敏元件组成。温度传感器热敏元件品种教多,温度传感器市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛,这是因为在元件允许工作条件范围内,半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点,而且制造工艺简单、价格低廉。
1 温度传感器半导体热敏电阻的工作原理
按温度特性热敏电阻可分为两类,
随温度上升电阻增加的为
正温度系数热敏电阻,
反之为负温度系数热敏电阻。
⑴ 正温度传感器系数热敏电阻的工作原理
此种热敏电阻以钛酸钡(BaTio3)
为基本材料,再掺入适量的稀土元素,利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料,但掺入适量的稀土元素如镧(La)和铌(Nb)等以后,变成了半导体材 料,被称半导体化钛酸钡。温度传感器是一种多晶体材料,晶粒之间存在着晶粒界面,对于导电电子而言,晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时,由于半导体化钛酸钡内电场的作用,导电电子可以很容易越过位垒,所以电阻值较小;当温度传感器升高到居里点温度(即临界温度,此元件的‘温度控制点’ 一般钛酸钡的居里点为120℃)时,内电场受到破坏,不能帮助导电电子越过位垒,所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢,具有恒温、调温和自动控温的功能,只发热,不发红,无明火,不易燃烧,电压交、直流3~440V均可,使用寿命长,非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
⑵ 负温度系数热敏电阻的温度传感器工作原理
负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料,采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,完全类似于锗、硅晶体材料,体内的载流子(电子和空穴)数目少,电阻较高;温度升高,体内载流子数目增加,自然电阻值降低。负温度
温度传感器系数热敏电阻类型很多,
使用区分低温(-60~300℃)、
中温(300~600℃)、高温(>600℃)
三种,有灵敏度高、稳定性好、
响应快、寿命长、价格低等优点,
广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路,如冰箱、空调、温室等的温控系统。
热敏电阻与简单的放大电路结合,就可检测千分之一度的温度变化,所以和电子仪表组成测温计,能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55℃~+315℃,特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃,可达-273℃。
三、各种类型温度传感器
(一)数字温度传感器
TDC数字温度传感器(不锈钢封装的DS18B20传感器)
TDC数字温度传感器采用美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20,传感器采用不锈钢外壳封装, 防水防潮。
专门设计的传感器不锈钢外壳,仅有0.2mm的壁厚,具有很小的蓄热量,采用导热性高的密封胶,保证了温度传感器的高灵敏性,极小的温度延迟。
TDC温度传感器支持“一线总线”接口(1-Wire),测量温度范围为 -55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度
测量。
数字温度传感器与单片机构成测温系统
LM92 I2C总线方式控制的数字温度传感器和MSP430单片机构成的测温嵌入式系统和Internet相连,并通过标准网络浏览器进行过程控制。
1LM92数字温度传感器
LM92是美国国家半导体公司近期生产的一种高精度数字温度传感器,他采用I2C总线方式 控制。内含12 b温度A/D转换器,工作电压:+2.7~+5.5 V;测温范围:-55~+150 ℃;精度:±0.333 ℃(30 ℃时);线形度:±0.5 ℃;温度刷新间隔:500 ms。内部有 16 b只读温度寄存器,通过I2C总线方式控制,可以存储测温数据,还可以设置窗口上、下限温度值,临界温度告警值。当测温数据偏离窗口上、下限温度范围,或临界温度值时,LM92可以产生中断请求信号INT或临界温度告警信号TCRITA。在同一条I2C总线上最多可连接4个LM92。LM92采用SO8脚封装,I2C总线由数据线SDA和时钟 线SCL构成;其输出为漏极开路,总线必须接有上拉电阻。
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