电力工业中的新型红外温度传感器 传感器技术指标

    电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。

    电感式传感器来检测一种黑金属的有无，一种在自动化装配过程中开关里的波形垫圈。传感器的长检测距离（20mm）保证了在安全距离的可靠检测。

    在建设一条汽车开关的新自动化装配线。在每一个开关中，波形垫圈的功能是确保紧实的机械开关动作以及密封装配。垫圈的嵌入发生在较早的生产阶段：共15站中的第3站。为了保证最终成品的质量，波形垫圈的有无必须在加工件被送往下一站之前被检查到。

    由于空间有限，传感器应该尺寸较小（不超过M18直径）。另外，传感器需要被安装在远离加工件组装的安全距离中，所以检测距离应当在15mm-20mm之间。光电式传感器不适合检测这种波形和暗色的目标物。电感式传感器可以用来检测这种金属部件。

    500系列传感器可以解决客户这一需求。这种传感器是非齐平安装，圆柱形外壳，尺寸M18直径，检测距离20mm。提供了不同环境下优异的检测稳定性（尤其是温度），以及更长的检测距离。

    传感器被安装在自动输送线的上方，放置在加工件托盘上的半组装开关在其下经过。如果传感器检测到了缺失的波形垫圈，把信号发送到控制系统，输送线上的制动器就会阻止加工件托盘被运送到下一站，同时蜂鸣器响起提醒操作员。

    安全的检测距离保护传感器免受损害，避免了由此造成的频繁停机。卓越的稳定性保证了最终成品的质量，消除了潜在的客户抱怨的情况发生。

    特点

    减少了依赖传感器的停机时间

    减少了废品率

    环境稳定性，尤其是各种温度下长检测距离（3倍于标准）优异的性价比

    电感式传感器具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。它的主要缺点是响应较慢，不宜于快速动态测量，而且传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围大，分辨率低，反之则高。

无论是哪种类型的传感器，所有温度传感器都要考虑以下四大因素：

对所测量的介质没有影响

不管测量什么，重要的是要确保测量设备自身不会影响所测量的介质。进行接触温度测量时，这一点尤为重要。选择正确的传感器尺寸和导线配置是重要的设计考虑因素，以减少"杆效应"及其他测量错误。

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将对测量介质的影响降至低之后，如何准确地测量介质就变得至关重要。准确性涉及传感器的基本特性、测量准确性等。如果未能解决有关"杆效应"的设计问题，再准确的传感器也无济于事。

响应即时（在多数情况下）

响应时间受传感器元件质量的影响，还会受到导线的一些影响。通常传感器越小，响应速度越快。

输出易于调节

使用微处理器后可以更轻松地调节非线性输出，因此传感器输出的信号调节也更不成问题。

传感器的特性分析

上述每种主要类型的传感器的基本操作理论都有所不同，有各自的特性：

温度范围

每种传感器的温度范围也有所不同。热电偶系列的温度范围广，跨越多个热电偶类型。

精度

精度取决于基本的传感器特性。所有传感器类型的精度各不相同，不过铂元件和热敏电阻的精度高。一般而言，精度越高，价格就越高。

长期稳定性

由传感器随时间的推移保持其精度的一致程度来决定。稳定性由传感器的基本物理属性决定。高温通常会降低稳定性。铂和玻璃封装的绕线式热敏电阻是稳定的传感器。热电偶和半导体的稳定性则差。

输出变化

传感器输出依照类型而有所变化。热敏电阻的电阻变化与温度成反比，因此具有负温度系数(NTC)。铂等基金属具有正温度系数(PTC)。热电偶的千伏输出较低，并且会随着温度的变化而变化。半导体通常可以调节，附带各种数字信号输出。

线性度

线性度定义了传感器的输出在一定的温度范围内一致变化的情况。热敏电阻呈指数级非线性，低温下的灵敏度远远高于高温下的灵敏度。随着微处理器在传感器信号调节电路中的应用越来越广泛，传感器的线性度愈发不成问题。

电压或电流

通电后，热敏电阻和铂元件都需要恒定的电压或电流。功率调节对于控制热敏电阻或铂RTD中的自动加热至关重要。电流调节对于半导体而言不太重要。热电偶会产生电压输出。

响应时间

即传感器指示温度的速度，取决于传感器元件的尺寸和质量（假定不使用预测方法）。半导体的响应速度慢，绕线式铂元件的响应速度是第二慢的。铂薄膜、热敏电阻和热电偶提供小包装，因此带有高速选件。玻璃微珠是响应速度快的热敏电阻配置。

错误偏差

会导致温度指示有误的电噪声是使用热电偶时的一个主要问题。在某些情况下，电阻极高的热敏电阻可能是个问题。

导线电阻可能会导致热敏电阻或RTD等电阻式设备内出现错误偏差。使用低电阻设备（例如100Ω铂元件）或低电阻热敏电阻时，这种影响会更加明显。对于铂元件，使用三线或四线导线配置来消除此问题。对于热敏电阻，通常会通过提高电阻值来消除此影响。热电偶必须使用相同材料的延长线和连接器作为导线，否则可能会引发错误。

性价比

尽管热电偶是廉价、应用广泛的传感器，但NTC热敏电阻的性价比却往往是高的。

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传感器的优势和劣势对比

热电偶传感器

热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出，使用十分方便。它的测温范围很广：-270℃～2500℃，并具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。

热电偶传感器的缺点是灵敏度比较低，容易受到环境的信号干扰，也容易受到前置放大器温漂的影响，不适合测量微小的温度变化。

热电偶传感器的灵敏度与材料的粗细无关，非常细的材料也能够做成温度传感器。由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。

对一般的工业应用来说，为了保护感温元件避免受到腐蚀和磨损，总是装在厚厚的护套里面，外观显得笨大，对于温度的反应也迟缓得多。使用热电偶的时候，必须消除环境温度对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中，有的使用冷端补偿抵消这种影响。当测量点远离仪表时，还需要使用补偿导线。

因此选择热电偶时需考虑下列因素：1、被测温度范围；2、所需响应时间；3、连接点类型；4、热电偶或护套材料的抗化学腐蚀能力；5、抗磨损或抗振动能力；6、安装及限制要求等。

热敏电阻

热敏电阻（即“温度敏感型电阻器”）是一种高精度经济型温度测量传感器。按照温度系数分为NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）两种类型，NTC热敏电阻通常用于温度测量。

主要优势是：灵敏度：热敏电阻能随非常微小的温度变化而变化。精度：热敏电阻能提供很高的精度和误差。成本：对于热敏电阻的高性能，它的性价比很高。坚固性：热敏电阻的构造使得它非常坚固耐用。灵活性：热敏电阻可配置为多种物理形式，包括极小的包装。密封：玻璃封装为其提供了密封的包装，从而避免因受潮而导致传感器出现故障。表面安装：提供各种尺寸和电阻容差。

热敏电阻的劣势中，通常只有自动加热是一个设计考虑因素。必须采取适当措施将感应电流限制在一个足够低的值，以便使自动加热错误降低到一个可接受的值。如果将热敏电阻暴露在高热中，将会导致性的损坏。

非线性问题可通过软件或电路来解决，会引发故障的潮湿问题可通过玻璃封装来解决。

电阻温度检测器（RTD）

RTD通常用铂金、铜或镍，它们的温度系数较大，随温度变化响应快，能够抵抗热疲劳，而且易于加工制造成为精密的线圈，尤其用铂金等金属制成时，RTD非常稳定，不受腐蚀或氧化的影响。RTD的测温原理是：纯金属或某些合金的电阻随温度的升高而增大，随温度降低而减小。电阻-温度变化关系是线性的，温度系数（温度系数的定义是单位温度引起的电阻变化）越大越好，而且要能够抵抗热疲劳，随温度变化响应灵敏。目前只有少数几种金属能够满足这样的要求。

RTD还相对防止电气噪声，因此非常适合在工业环境中的温度测量，特别是在电动机、发电机及其它高压设备的周围使用。 RTD是目前和稳定的温度传感器。它的线性度优于热电偶和热敏电阻。但RTD也是响应速度较慢而且价格比较贵的温度传感器。因此，RTD适合对精度有严格要求，而速度和价格不太关键的应用领域。

IC温度传感器

包括模拟输出和数字输出两种类型。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

数字温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前有多种智能温度传感器系列产品，智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。

IC温度传感器有许多好处，包括：功耗低；可提供小型封装产品（有些尺寸小到0.8mm×0.8mm）；还可在某些应用中实现低器件成本。此外，由于IC传感器在生产测试过程中都经过校准，因此没有必要进一步校准。

缺点就是温度范围非常有限， 也存在同样的自热、不坚固和需要外电源的问题。总之，温度IC提供产生正比于温度的易读读数方法，虽然便宜，但也受到配置和速度限制。数字输出IC温度传感器的响应速度慢，而模拟输出IC温度传感器的线性度很高。

所有传感器都有特定的优势和劣势。要确保项目取得成功，关键是让传感器功能与应用相匹配。