德國SICK傳感器種類匯總及應(yīng)用分析

德國SICK傳感器的主要類型有：熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、電阻溫度檢測器（RTD）、IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出傳感器和數(shù)字輸出傳感器兩種類型。

德國SICK傳感器是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢——熱電動(dòng)勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)（Seebeckeffect）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時(shí)，可接入測量儀表，測得熱電動(dòng)勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。

德國SICK傳感器熱電偶是兩種不同的導(dǎo)體連接在一起形成的，當(dāng)測量及參考連接點(diǎn)分別處于不同溫度上時(shí)即產(chǎn)生出所謂的熱電磁力（EMF）。連接點(diǎn)用途測量連接點(diǎn)是處于被測溫度上的熱電偶連接點(diǎn)部分。參考連接點(diǎn)則是保持在一已知溫度上，或溫度變化能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臒犭娕歼B接點(diǎn)部分。

在常規(guī)工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶元件一般端接在接頭上；但參考連接點(diǎn)卻很少位于接頭上，而是利用適當(dāng)?shù)臒犭娕佳由炀€來轉(zhuǎn)接到溫度比較穩(wěn)定的被控環(huán)境中。連接點(diǎn)類型接殼式熱電偶連接點(diǎn)與探針壁物理連接（焊接），這能實(shí)現(xiàn)很好的熱傳輸——即從外部通過探針壁將熱量傳至熱電偶連接點(diǎn)。建議用接殼式熱電偶來測量靜態(tài)或流動(dòng)腐蝕性氣體與液體的溫度，以及一些高壓應(yīng)用。在絕緣式熱電偶中，熱電偶連接點(diǎn)與探針壁分開并由一種軟性粉末包圍。雖然絕緣式熱電偶的響應(yīng)速度比接殼式熱電偶的響應(yīng)速度要慢，但它能提供電絕緣。建議使用絕緣式熱電偶來測量腐蝕性環(huán)境，可理想地通過護(hù)套屏蔽來將熱電偶與周圍環(huán)境電絕緣。露端式熱電偶允許連接點(diǎn)頂端深入到周圍環(huán)境中，這種類型可提供最佳的響應(yīng)時(shí)間，但僅限于在非腐蝕、非危險(xiǎn)及非加壓應(yīng)用中使用。響應(yīng)時(shí)間以時(shí)間常數(shù)來表示，時(shí)間常數(shù)定義為傳感器在被控環(huán)境中在初始值和最終值之間改變63.2%所需的時(shí)間。露端式熱電偶具有最快的響應(yīng)速度，而且探針護(hù)套直徑越小，則響應(yīng)速度就越快，但其最大允許測量溫度也就越低。延伸線熱電偶延伸線是一對具有與其相連熱電偶相同溫度電磁頻率特征的線。當(dāng)連接合適時(shí)，延伸線將參考連接點(diǎn)從熱電偶轉(zhuǎn)接至線的另一端，而這一端通常位于被控環(huán)境中。

選擇熱電偶選擇熱電偶時(shí)需考慮下列因素：

1、被測溫度范圍；

2、所需響應(yīng)時(shí)間；

3、連接點(diǎn)類型；

4、熱電偶或護(hù)套材料的抗化學(xué)腐蝕能力；

5、抗磨損或抗振動(dòng)能力；

6、安裝及限制要求等。

德國SICK傳感器主要元件是熱敏電阻，當(dāng)熱敏材料周圍有熱輻射時(shí)，它就會(huì)吸收輻射熱，產(chǎn)生溫度升高，引起材料的阻值發(fā)生變化。

德國SICK傳感器的應(yīng)用

1.德國SICK傳感器一般結(jié)構(gòu)較簡單，價(jià)格較低廉。沒有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕、可以使用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻傳感器的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可以忽略，因此熱敏電阻傳感器可以在長達(dá)幾千米的遠(yuǎn)距離測量溫度中應(yīng)用，測量電路多采用橋路。利用其原理還可以用作其他測溫、控溫電路等。

2.熱敏電阻傳感器用于溫度的補(bǔ)償

德國SICK傳感器可在一定的溫度范圍內(nèi)對某些元器件濕度進(jìn)行補(bǔ)償。例如，動(dòng)圈式儀表表頭中的動(dòng)圈由銅線繞制而成。溫度升高，電阻增大，引起溫度的誤差。因而可以在動(dòng)圈的回路中將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元器件串聯(lián)，從而抵消內(nèi)于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。在晶體管電路、對數(shù)放大器中，也常用熱敏電阻組成補(bǔ)償電路。補(bǔ)償由于溫度引起的漂移誤差。

3.熱敏電阻傳感器的過熱保護(hù)

過熱保護(hù)分直接保護(hù)利間接保護(hù)。對小電流場合，可把熱敏電阻傳感器直接串人負(fù)載中，防止過熱損壞以保護(hù)器件，對大電流場合，可用于對繼電器、晶體管電路等的保護(hù)。不論哪種情況，熱敏電阻都與被保護(hù)器件緊密結(jié)合在一起，從而使兩者之間充分進(jìn)行熱交換，一旦過熱，熱敏電阻則起保護(hù)作用。例如，在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中嵌入突變型熱敏電阻傳感器并與繼電器串聯(lián)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點(diǎn)時(shí)，電路中的電流可以內(nèi)十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?，因此繼電器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。

4.熱敏電阻傳感器用于液面的測量

德國SICK傳感器施加一定的加熱電流，它的表面溫度將高于周圍的空氣溫度，此時(shí)它的阻值較小。當(dāng)液而高于它的安裝高度時(shí)，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降、阻值升高。判斷它的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。汽車油箱中的油位報(bào)警傳感器就是利用以上原理制作的。熱敏電阻在汽車中還用于測量油溫、冷卻水混等。

德國SICK傳感器通常用鉑金、銅或鎳。這幾種金屬的電阻-溫度關(guān)系如圖所示，它們的溫度系數(shù)較大，隨溫度變化響應(yīng)快，能夠抵抗熱疲勞，而且易于加工制造成為精密的線圈。

RTD是目前的溫度傳感器。它的線性度優(yōu)于熱電偶和熱敏電阻。是響應(yīng)速度較慢而且價(jià)格比較貴的溫度傳感器。因此對精度有嚴(yán)格要求，而速度和價(jià)格不太關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。

德國SICK傳感器量溫度。RTD的測溫原理是：純金屬或某些合金的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度降低而減小。因此RTD有點(diǎn)像是一個(gè)溫電轉(zhuǎn)換器，把溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。使用的金屬是在給定溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的純金屬。電阻-溫度變化關(guān)系最好是線性的，溫度系數(shù)（溫度系數(shù)的定義是單位溫度引起的電阻變化）越大越好，而且要能夠抵抗熱疲勞，隨溫度變化響應(yīng)靈敏。只有少數(shù)幾種金屬能夠滿足這樣的要求。

（1）德國SICK傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控測，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。目前在國內(nèi)外仍普遍應(yīng)用的一種集成傳感器，下面介紹一種具有高靈敏度和高精度的IC溫度傳感器—AN6701。

德國SICK傳感器的原理圖如下圖所示，它由溫度檢測電路、溫度補(bǔ)償電路以及緩沖放大器3部分組成。

德國SICK傳感器的檢測電路是利用晶體管對兩個(gè)發(fā)射極的電流密度差產(chǎn)生基極-發(fā)射極之間的電壓差（VbC）的原理而工作的。下圖所示為溫度檢測及溫度補(bǔ)償電路圖。上圖中，T1-T5為檢測電路，T8-T11及RC組成的電路產(chǎn)生正比其絕對溫度的電流，該電流通過T12和T13注入T7，即可獲得對應(yīng)于注入電流的補(bǔ)償溫度。RC為外接電阻，使傳感器的校準(zhǔn)比較方便。