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(cè)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(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)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(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，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(shì)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(shì)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(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量儀表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)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(cè)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(cè)量連接點(diǎn)是處于被測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量溫度也就越低。延伸線熱電偶延伸線是一對(duì)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(cè)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(cè)量溫度中應(yīng)用，測(cè)量電路多采用橋路。利用其原理還可以用作其他測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)小電流場(chǎng)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(duì)大電流場(chǎng)合，可用于對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)量及模擬信號(hào)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(cè)量溫度）、測(cè)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(cè)溫、控測(cè)，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(cè)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(cè)電路是利用晶體管對(duì)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(cè)及溫度補(bǔ)償電路圖。上圖中，T1-T5為檢測(cè)電路，T8-T11及RC組成的電路產(chǎn)生正比其絕對(duì)溫度的電流，該電流通過T12和T13注入T7，即可獲得對(duì)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。