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物联网传感器–温度

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November 4, 2022

概述

如果在物联网世界里面没有传感器,物联网会是什么?答案是:什么都没有。传感器是物联网生态系统的基础,作为数据采集的唯一功能器件,也是信息技术的基础核心元器件,采集的数据是整个感知、传输和处理信息系统中流淌的“血液”。为设备提供了收集用于使事情发生的数据的能力,物联网传感器是检测环境变化并收集数据的硬件。它们是连接数字世界和物理世界的物联网生态系统的组成部分。

温度是我们日常生活和工作过程中使用最多的传感器。温度传感器用来测量区域或物体产生的热量,检测温度变化并将结果转换为数据。温度传感器用于各种行业,包括制造、医疗保健和农业。

各类温度传感器(www.learningeng.com)

传感器分类

温度传感器以各种类型、尺寸和形状存在。主要有两个分类:接触式传感器和非接触式传感器。

接触式传感器是一组通过直接接触物体来检测物体温度的传感器。它们可用于检测各种温度范围内的液体、固体或气体。其中包括热电偶和热敏电阻。热电偶通常很便宜,因为它们的模型和基本材料很简单。另一种常见的类型是热敏电阻。在热敏电阻中,电阻随着温度升高而降低。

非接触式传感器不与物体接触。因此,他们利用热源的辐射来测量温度。其中最常见的类型是红外(IR) 传感器。IR 远程检测物体的能量并向电子电路发出信号,该电子电路通过特定的校准图感应物体的温度。

热敏电阻

热敏电阻器或简称热敏电阻器是特殊的传感器,因为它们的物理外观会随着温度的变化而改变。热敏电阻由陶瓷材料制成,例如覆盖有玻璃的特定金属的氧化物。热敏电阻具有正温度系数。它们以 Positive Temperature Coefficient (PTC) Thermistors 的形式引入,并且它们的电阻随着温度的升高而增加。

温度传感器类型:PTC 热敏电阻

电阻式温度探测器

RTD (Resistance Temperature Detector)电阻温度检测器是一种电阻随温度变化而变化的传感器。电阻随着传感器温度的升高而升高。由精确的导电金属制成,例如覆盖在线圈中的铂(最常见的最常见的 RTD 是 100 欧姆铂金,温度系数为 0.00385)。RTD 是一种无源设备。它不会自行产生输出。外部电子设备用于通过使小电流通过传感器以产生电压来测量传感器的电阻。通常为 1 mA 或更少的测量电流,最大为 5 mA,没有自热风险。

温度传感器类型:电阻温度监测器

热电偶

热电偶(Thermocouples)通常包括两段不同的金属,例如康铜和铜,通过焊接结合在一起。其中一部分作为冷端引入,具有特定的温度,而另一部分作为热端引入,用于测量过程。热电偶基于塞贝克效应,即当一对在两端相互接触的不同金属受到温度变化时,它们会产生很小的电压电位。热电偶是最流行的温度测量传感器;虽然不如RTD准确和稳定,但是基于因为它具有广泛的温度范围、精度、灵敏度、可靠性和简单性,应用领域非常广泛。

温度传感器类型:热电偶传感器
温度传感器类型:热电偶传感器(图片来自NCD.IO)

1794年意大利科学家亚历山德罗·沃尔塔(我们将其命名为“伏特”)发现:拿一根裸铜线,将手握住它的一端。受到皮肤热量的激励,电子将从您接触它的区域传播到远离您的较冷的一端,从而沿着电线的长度产生温度梯度。德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克在 1821 年重新发现了它。他观察到,当由两种不同金属制成的电线在两端连接时,并且这些末端之间存在温差,在结处产生了小的电压电位。这种电位为塞贝克电压,而从热能中产生的这种电位称为“塞贝克效应”。

热电偶检测一对不同金属相互接触时的温度变化
热电偶检测一对不同金属相互接触时的温度变化

负温度系数 (NTC) 热敏电阻

NTC( Negative Temperature Coefficient)是一种特殊类型的热敏电阻,它基本上直接对温度变化做出反应。负系数意味着热敏电阻在低温下表现出很大的电阻。因此,随着温度的升高,电阻立即开始下降

即使是很小的温度变化,负温度系数热敏电阻也可以根据它们每摄氏度的大电阻变化量来准确检测。然而,由于它们的指数操作原理,它们需要线性化。它们通常在 -50 到 250 °C 之间工作

温度传感器类型:NTC 热敏电阻
温度传感器类型:NTC 热敏电阻

恒温器

恒温器(Thermostats)是一种接触式传感器,包含由铝、镍、钨或铜等两种不同金属制成的双金属部分。恒温器的主要原理是基于金属线性膨胀系数的差异。因此,由于热量上升,它迫使它们产生机械运动。双金属器件可用作电气开关或在恒温监测中作为电气开关工作的机械方法。它们用于控制熔炉、热水储存源、锅炉和车辆散热器冷却系统中的加热元件

温度传感器类型:双金属恒温器
温度传感器类型:双金属恒温器(来自:https://www.electronics-tutorials.ws/)

半导体温度传感器

半导体由不同类型组成,例如电流输出、数字输出、电压输出、电阻输出硅和二极管温度传感器。新型半导体温度传感器提供高精度。数字温度传感器的主要优点是其精确的输出温度范围。传感器输出是平衡的。这不需要其他设备,例如模数转换器。因此,它比显示非线性电阻-温度图的热敏电阻更容易使用。这些传感器具有许多共同特点——线性输出、相对较小的尺寸、有限的温度范围(典型值为-40 至 +120°C)、成本低、校准后精度高但互换性差

温度传感器类型:半导体传感器- MAX31629
温度传感器类型:半导体传感器- MAX31629

普通的半导体二极管可以用作温度传感器。二极管是成本最低的温度传感器,如果您准备进行两点校准并提供稳定的激励电流,则可以产生令人满意的结果。几乎任何硅二极管都可以。二极管上的正向偏置电压具有大约 2.3mV/°C 的温度系数,并且是合理的线性。测量电路很简单

MEMS非接触温度传感器

MEMS非接触温度传感器(红外传感器)是由热电堆元件接收来自对象物的红外热能,从而以非接触方式检测对象物表面温度的传感器,接收红外线微弱的热能并输出信号的传感器.

我们根据代理品牌OMRON的MEMS传感器开发出模组供客户快速使用。

温度传感器类型:MEMS非接触
温度传感器类型:MEMS非接触(来自https://components.omron.com.cn/)

传感器厂家

由于温度传感器的产品特点,在市面上有各种各样的品牌,可以说数不胜数,纷繁多样。只简单罗列一些品牌的厂家供选择

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