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浅析温度传感器的研究与发展

特种测温热敏电缆

热电耦是传统的温度传感器常用的传感器配件，用途非常广泛。所以不必要考虑热敏所产生的电阻和集成温度，如果适应于电热电耦，就要考虑对铜镍的温度测量范围(0-900)之间。近年来，又发展出了一种新的测温技术，能在火灾事故预警中有***的应用。这种新型温度传感器称为特种测温热敏电缆，又被称为连续热电耦(Continuous-Thermocouple)或寻热式热电耦(Heating-Seeking-Thermocouple)。

热敏电缆利用电耦热电效应，但丈量的不是耦头部的温度，而是沿热电极长度上z高温度点的温度。因为这种***功能， 初被发达国家作为高精技术设备铺设在***设备中。目前，已被广泛应用到各个领域来预防和减少因“过热”引起的事故和损失。

热敏电缆的主要机能：目前，热敏电缆主要有两种产品类型(FTLD和CTTC)，它们测温原理相同，只是技术参数不同。温湿度传感器集成系统使用MEMS铂电阻温度传感器和电容式湿度传感器分别采样待测环境的温湿度。材料构成外层保护管：FTLD型采用双层聚四氟乙烯，CTTC型采用铬镍铁合金。为有效避免丈量环境中的粉尘、油脂以及水分等介质浸入，以及温度范围不同而引起的误报，故采用不同材料。

分度与敏捷度：热敏电缆的分度与普通热电耦相近，因为连续热电耦的“临时”热接点不是紧密连接，热接点之外两电极间也并非完全绝缘，所以热敏电缆的输出热电势与同种热电耦比拟稍有降低，换算成温度大约相差十几摄氏度，这对于火警预告来说是可以接受的。(2)CTR热敏电阻，用V，Ge，W，P等元素的氧化物在弱还原气氛中形成烧结体，它也是具有负温度系数的。弯曲半径除和热敏电缆组成材料的机能和质量有关外，还与隔离材料的密实程度有关。一般弯曲半径为热敏电缆外径的10~20倍。

多种不同种类温度传感器的工作原理

(一)热电耦温度传感器。由于人类可以利用自身的感官感知外界世界的相关刺激，而传感器也是，将感知到的外界机械刺激传入系统中进行机械检测。热电耦温度传感器结构简单，仅由两根不同材料的导体或半导体焊接而成，是应用 广泛的温度传感器。热电耦温度传感器是根据热电效应原理制成的：把两种不同的金属A，B组成闭合回路，两接点温度分别为t1和t2，则在回路中产生一个电动势。

热电耦也是由两种不同材料的导体或半导体A、B焊接而成，焊接的一端称为工作端或热端。对于汽车来说这些传感器配件就是它的“鼻子”、“眼睛”、“耳朵”和“皮肤”，传感器将帮助其实现与用户的信息交流，为用户后续的操作提供强有力的信息支持。与导线连接的一端称为自由端或冷端，导体A、B称为热电极，总称热电耦。测量时，工作端与被测物相接触，测量仪表为电位差计，用来测出热电耦的热电动势，连接导线为补偿导线及铜导线。

从测量仪表上，我们观测到的便是热电动势，而要想知道物体的温度，还需要查看热电耦的分度表。

为了保证温度测量结果足够***，在热电极材料的选择方面也有严格的要求：物理、化学稳定性要高；电阻温度系数小；导电率高；热电动势要大；热电动势与温度要有线性或简单的函数关系；复现性好；便于加工等。湿度敏感材料吸收水分子后的混合物的介电常数由于空气中的水汽分子含量不同而变化，即混合介质的相对介电常数与待测环境中的相对湿度相对应。根据我们常用的热电极材料，热电耦温度传感器可分为标准化热电耦和非标准化热电耦。铂铑-铂热电耦是常用的标准化热电耦，熔点高，可用于测量高温，误差小，但价格昂贵，一般适用于较为精密的温度测量。铁-康铜为常用的非标准化热电耦，测温上限为600摄氏度，易生锈，但温度与热电动势线性关系好，灵敏度高。

半导体热敏电阻。在农产品的检测方面，近年来新兴起了电子鼻检测技术，就是借助气敏传感器来识别气味，并可实现不同时间、地点采集的气味持续动态的监测。半导体热敏电阻的特点是灵敏度高，体积小，反应快，它是利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成的。可分为三种类型：(1)NTC热敏电阻，主要是Mn，Co，Ni，Fe等金属的氧 化物烧结而成，具有负温度系数。(2)CTR热敏电阻，用V，Ge，W，P等元素的氧 化物在弱还原气氛中形成烧结体，它也是具有负温度系数的。(3)PTC热敏电阻，以钛酸钡掺和稀土元素烧结而成的半导体陶瓷元件，具有正温度系数。也正是因为PTC热敏电阻具有正温度系数，也制作成温度控制开关。

非接触式温度传感器。非接触式温度传感器的测温传感器配件与被测物体互不接触。目前 常用的是辐射热交换原理。这种测温方法的主要特点是：可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可用来测量温度场的温度分布，但受环境温度影响比较大。