溫度傳感器原理

溫度傳感器熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。

它的主要特點是測量精度高，性能穩定。

其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。

1．溫度傳感器熱電阻測溫原理及材料

溫度傳感器熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。

2．溫度傳感器熱電阻的結構

（1）精通型溫度傳感器熱電阻 工業常用溫度傳感器熱電阻感溫元件（電阻體）的結構及特點，從溫度傳感器熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過溫度傳感器熱電阻阻值的變化來測量的，因此，溫度傳感器熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制，有關具體內容參見本篇第三章第一節.

（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、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，最小可達φmm。

與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列優點：①體積小，內部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；②機械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。

（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端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

（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特殊結構的接線盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內，生產現場不會引超爆炸。隔爆型溫度傳感器熱電阻可用于Bla~B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。

3．溫度傳感器熱電阻測溫系統的組成

（1）溫度傳感器熱電阻測溫系統一般由溫度傳感器熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點：

①溫度傳感器熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。具體內容參見本篇第三章。

（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、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，最小可達φmm。與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列優點：①體積小，內部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；②機械性能好、耐振，抗沖擊，③能彎曲，便于安裝④使用壽命長。

（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端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

（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特殊結構的接線盒，把其外殼內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，焊后要校驗合格后才能使用。

隨著時代的發展，科研、農業、暖通、紡織、機房、航空航天、電力等工業部門，越來越需要采用濕度傳感器，對產品質量的要求越業越高，對環境溫、濕度的控制以及對工業材料水份值的監測與分析都已成為比較普遍的技術條件之一。濕度傳感器產品及濕度測量屬于90年代興起的行業。如何使用好濕度傳感器，如何判斷濕度傳感器的性能，這對一般用戶來講，仍是一件較為復雜的技術問題。

下列此文供大家參考。

一、濕度傳感器的分類及感濕特點

  濕度傳感器，分為 電阻式 和 電容式 兩種，產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、介質常數發生很大的變化，從而制成濕敏元件。

國內外各廠家的濕度傳感器產品水平不一，質量價格都相差較大，用戶如何選擇性能價格比最優的理想產品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕度傳感器具有如下特點：

1、 精度和長期穩定性

濕度傳感器的精度應達到±2%~±5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結合其長期穩定性去判斷，一般說來，長期穩定性和使用壽命是影響濕度傳感器質量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

2、 濕度傳感器的溫度系數

濕敏元件除對環境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內，而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補償式。采用單片機軟件補償，或無溫度補償的濕度傳感器是保證不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補償的效果，非線性的溫漂往往補償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數。多數濕敏元件難以在40℃以上正常工作。

3、 濕度傳感器的供電

金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時，會導致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。

4、 互換性

目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現象，同一型號的傳感器不能互換，嚴重影響了使用效果，給維修、調試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。

5、 濕度校正

校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標定往往用一根標準溫度計作標準即可，而濕度的標定標準較難實現，干濕球溫度計和一些常見的指針式濕度計是不能用來作標定的，精度無法保證，因其要求環境條件非常嚴格，一般情況，（最好在濕度環境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。

二、對濕度傳感器性能作初步判斷的幾種方法

  在濕度傳感器實際標定困難的情況下，可以通過一些簡便的方法進行濕度傳感器性能判斷與檢查。

1、一致性判定，同一類型，同一廠家的濕度傳感器產品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩定的條件下，觀察測試的一致性。若進一步檢測，可在24h內間隔一段時間記錄，一天內一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產品的一致性和穩定性，包括溫度補償特性。

2、用嘴呵氣或利用其它加濕手段對傳感器加濕，觀察其靈敏度、重復性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產品的最高量程等。

3、對產品作開盒和關盒兩種情況的測試。比較是否一致，觀察其熱效應情況。

4、對產品在高溫狀態和低溫狀態（根據說明書標準）進行測試，并恢復到正常狀態下檢測和實驗前的記錄作比較，考查產品的溫度適應性，并觀察產品的一致性情況。

產品的性能最終要依據質檢部門正規完備的檢測手段。利用飽和鹽溶液作標定，也可使用名牌產品作比對檢測，產品還應進行長期使用過程中的長期標定才能較全面地判斷濕度傳感器的質量。

三、對市場上濕度傳感器產品的幾點分析

  國內市場上出現了不少國內外濕度傳感器產品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類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點在于響應速度快、體積小、線性度好、較穩定，國外有些產品還具備高溫工作性能。但是達到上述性能的產品多為國外名牌，價格都較昂貴。市場上出售的一些電容式濕敏元件低價產品，往往達不到上述水平，線性度、一致性和重復性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴重。有些產品采用單片機補償修正，使濕度出現"階躍"性的跳躍，使精度降低，出現一致性差、線性差的缺點。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長期穩定性都不理想，多數長期使用漂移嚴重，濕敏電容容值變化為pF級，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，往往對環境的潔凈度要求較高，有的產品還存在光照失效、靜電失效等現象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優點，但塵埃環境下，陶瓷細孔被封堵元件就會失效，往往采用通電除塵的方法來處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環境下不能使用，氧化鋁感濕材料無法克服其表面結構"天然老化"的弱點，阻抗不穩定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長期穩定性差的弱點。 氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優點是長期穩定性極強，因此通過嚴格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產品可以達到較高的精度，穩定性強是產品具備良好的線性度、精密度及一致性，是長期使用壽命的可靠保證。氯化鋰濕敏元件的長期穩定性其它感濕材料尚無法取代。