現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)主要包括信息采集、信息傳遞和信息處理。傳感器作為一種檢測(cè)裝置,可以檢測(cè)到被測(cè)量的信息,并能夠通過(guò)轉(zhuǎn)換電路輸出電信號(hào)或其它形式的信號(hào),以達(dá)到信息的傳遞、處理、儲(chǔ)存、顯示、記錄以及控制等需求。溫度傳感器作為實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)的重要元件,廣泛應(yīng)用于軍事、商業(yè)、、等部門(mén)。
目前,溫度傳感器的主要種類為:熱敏電阻、熱電偶、IC以及電阻溫度檢測(cè)器(RTD);根據(jù)是否接觸,可以分為接觸式溫度傳感器與非接觸式溫度傳感器;根據(jù)探溫原件,還可以分為鉑絲溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器;根據(jù)結(jié)構(gòu),鉑熱電阻結(jié)構(gòu)包括愷裝類及工業(yè)類。溫度傳感器主要由感溫原件和轉(zhuǎn)換電路組成,熱電阻的類型較多,金屬鉑與金屬銅經(jīng)是常用到的電阻材料,在測(cè)量溫度區(qū)間內(nèi),鉑的物理及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,,測(cè)量,測(cè)溫范圍大(-200℃~950℃),是目前公認(rèn)的制造熱電阻的原料。鉑的缺點(diǎn)是,所處溫度環(huán)境較高時(shí),容易因?yàn)檫€原性介質(zhì)而變脆,對(duì)溫度與電阻的線性關(guān)系造成影響,因此,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)將鉑電阻放入套管中以起到保護(hù)的作用。
近幾來(lái),溫度傳感器主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:(1)分離式溫度傳感器;(2)模擬集成溫度傳感器;(3)智能溫度傳感器。近幾十年,學(xué)者們出了多種敏感元件,這些敏感元件或能檢測(cè)溫度,或者元件的某種特性能夠依據(jù)溫度的改變而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。以電方式輸出檢測(cè)的敏感元件主要有如下5類:熱敏電阻、紅外溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、硅溫度傳感器以及阻性溫度傳感器。熱電阻測(cè)量溫度時(shí),其測(cè)溫原理是根據(jù)金屬電阻值隨溫度的改變而改變的特性。金屬鉑的電阻值與溫度的改變?yōu)檎嚓P(guān),當(dāng)溫度升高時(shí),鉑的阻值也升高,即正的電阻溫度系數(shù)。所以,可以根據(jù)測(cè)得金屬阻值的改變量相對(duì)應(yīng)的溫度值。適合作為溫度傳感器感溫元件的材料不鉑,銅和鎳也常作為感溫傳感器配件應(yīng)用在溫度傳感器中。因?yàn)殂K的純度可以接近100%,并且還具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)熔點(diǎn)高,電性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定;(2)延展性較強(qiáng),易制成直徑較小的金屬細(xì)絲;(3)溫度與電阻的線性關(guān)系比較明顯。因此,鉑是適合制作溫度傳感器的材料。
鉑電阻是使用鉑作為材料制作成的測(cè)量溫度的電阻器件,在測(cè)量的溫度時(shí)。鉑有多種規(guī)格,其中PT100的阻值與溫度可以用多項(xiàng)式近似的表示,家們近幾年出了測(cè)量溫度超過(guò)1000℃的鉑電阻。研制初期,鉑絲繞制在云母板上或者陶瓷板上,近幾年,學(xué)者們研制出了適用于工業(yè)化量產(chǎn)的鉑電阻,主要包括薄膜型和厚膜型兩種,其廉,電阻隨溫度變化而產(chǎn)生相應(yīng)變化的速度較快,熱響應(yīng)速度,易設(shè)計(jì)電路,易高電阻值,在低功率消耗的器材中應(yīng)用廣泛。其實(shí),每種器件都有良好的特性,所以,在現(xiàn)在的實(shí)際應(yīng)用中,云母型鉑熱電阻元件和陶瓷封裝型鉑熱電阻元件也比較普遍,下面對(duì)經(jīng)常用到的鉑電阻進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
(1)玻璃封裝型鉑電阻
將鉑電阻絲纏繞在玻璃棒上即為鉑絲封裝型鉑電阻,調(diào)控0℃時(shí)的阻值之后,然后放入玻璃套中。
(2)云母型鉑電阻
云母型鉑電阻主要結(jié)構(gòu)是把鉑絲纏繞在兩側(cè)溝槽的云母板上,之后再將它夾在云母板中間,為降低鉑絲所受到的應(yīng)力,需將彈簧板套在外側(cè)。彈簧板的材料為不銹鋼,形狀為半圓形。
(3)薄膜型鉑電阻在陶瓷管上制成鉑薄膜即為薄膜型鉑電阻,通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn),這種結(jié)構(gòu)可以降低成本。
(4)陶瓷封裝型鉑電阻
將鉑電阻絲放入陶瓷外殼內(nèi)即為陶瓷封裝型鉑電阻,陶瓷封裝型鉑電阻底端用玻璃料約束,玻璃料能夠承受較高的溫度,這種方式能夠降低鉑絲承受的熱應(yīng)力。陶瓷的材料為氧化鋁,鉑絲的純度特別高。
鉑電阻的進(jìn)步主要與感溫元件有關(guān)。溫度變化導(dǎo)致的阻值變化能夠顯示出來(lái),一般經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)變電壓,再經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換電路數(shù)等過(guò)程。鉑熱電阻有三種引線連接種類:(1)二線制:為傳遞出電阻信息,在電阻器的兩頭分別與一根導(dǎo)線相連,二線制的引線形式雖然比較簡(jiǎn)單,然而,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,引線電阻會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,所以,二線制引線方式僅適合應(yīng)用于測(cè)量度較低的情況;(2)三線制:鉑熱電阻一端與兩根引線相連,另一端與一根引線相連,三線制的連接方法一般情況下與電路橋一起工作,這可以降低所連接引線的阻值對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛;(3)四線制:鉑熱電阻的兩端分別與兩根導(dǎo)線相連,其中,一端的引線供給穩(wěn)定的電流,另一端引線測(cè)量端電壓,引線阻值不影響測(cè)量結(jié)果,所以四線制的連接方式可以測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度,在對(duì)溫度要求比較高的測(cè)量中應(yīng)用比較普遍,四線制的引線形式應(yīng)用在所有的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)中。日本的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISC1604-1989是目前鉑電阻規(guī)格執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn),這與IEC751(電工學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))是相同的,為3850ppm/℃,標(biāo)準(zhǔn)電阻為100Ω。目前,鉑絲的引線的連接方式在實(shí)際的應(yīng)用中,由于鉑的電阻比較小,所以導(dǎo)線的電阻不能忽略,因此,為連接導(dǎo)線電阻及其隨環(huán)境溫度變化而造成的測(cè)量誤差。