對(duì)溫度傳感器熱電阻的分析

張俏薇　黃嘉宇

溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類(lèi)。溫度傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。濕度傳感器，分為 電阻式 和 電容式 兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。

一、溫度傳感器熱電阻測(cè)溫原理及材料

溫度傳感器熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。

二、溫度傳感器熱電阻的結(jié)構(gòu)

1.精通型溫度傳感器熱電阻 工業(yè)常用溫度傳感器熱電阻感溫元件，從溫度傳感器熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)溫度傳感器熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，溫度傳感器熱電阻體的引出線(xiàn)等各種導(dǎo)線(xiàn)電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。

2.鎧裝溫度傳感器熱電阻 鎧裝溫度傳感器熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2～φ8mm，最小可達(dá)φmm。

與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后??；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。

3.端面溫度傳感器熱電阻 端面溫度傳感器熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向溫度傳感器熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

4.隔爆型溫度傳感器熱電阻 隔爆型溫度傳感器熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線(xiàn)盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線(xiàn)盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型溫度傳感器熱電阻可用于Bla～B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

三、溫度傳感器熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成

溫度傳感器熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由溫度傳感器熱電阻、連接導(dǎo)線(xiàn)和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：

①溫度傳感器熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致

②為了消除連接導(dǎo)線(xiàn)電阻變化的影響，必須采用三線(xiàn)制接法。

（1）鎧裝溫度傳感器熱電阻 鎧裝溫度傳感器熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2～φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊，③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。

（2）端面溫度傳感器熱電阻 端面溫度傳感器熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向溫度傳感器熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

（3）隔爆型溫度傳感器熱電阻 隔爆型溫度傳感器熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線(xiàn)盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長(zhǎng)短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用隨著時(shí)代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門(mén)，越來(lái)越需要采用濕度傳感器，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越業(yè)越高，對(duì)環(huán)境溫、濕度的控制以及對(duì)工業(yè)材料水份值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一。

四、在濕度傳感器實(shí)際標(biāo)定困難的情況下，可以通過(guò)一些簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。

1.一致性判定，同一類(lèi)型，同一廠(chǎng)家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購(gòu)買(mǎi)兩支以上，越多越說(shuō)明問(wèn)題，放在一起通電比較檢測(cè)輸出值，在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，觀(guān)察測(cè)試的一致性。若進(jìn)一步檢測(cè)，可在24h內(nèi)間隔一段時(shí)間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀(guān)察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。

2.用嘴呵氣或利用其它加濕手段對(duì)傳感器加濕，觀(guān)察其靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。

3.對(duì)產(chǎn)品作開(kāi)盒和關(guān)盒兩種情況的測(cè)試。比較是否一致，觀(guān)察其熱效應(yīng)情況。

4.對(duì)產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀(guān)察產(chǎn)品的一致性情況。

產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門(mén)正規(guī)完備的檢測(cè)手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對(duì)檢測(cè)，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期使用過(guò)程中的長(zhǎng)期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。

五、對(duì)市場(chǎng)上濕度傳感器產(chǎn)品的幾點(diǎn)分析

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少?lài)?guó)內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見(jiàn)，感濕材料種類(lèi)主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。 電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線(xiàn)性度好、較穩(wěn)定，國(guó)外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國(guó)外名牌，價(jià)格都較昂貴。市場(chǎng)上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線(xiàn)性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。

有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正，使?jié)穸瘸霈F(xiàn)”階躍”性的跳躍，使精度降低，出現(xiàn)一致性差、線(xiàn)性差的缺點(diǎn)。

無(wú)論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長(zhǎng)期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為pF級(jí)，1%RH的變化不足0.5pF，容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。 電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對(duì)環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點(diǎn)，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效，往往采用通電除塵的方法來(lái)處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無(wú)法克服其表面結(jié)構(gòu)”天然老化”的弱點(diǎn)，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)。 氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性極強(qiáng)，因此通過(guò)嚴(yán)格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度，穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線(xiàn)性度、精密度及一致性，是長(zhǎng)期使用壽命的可靠保證。氯化鋰濕敏元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性其它感濕材料尚無(wú)法取代。