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红外温度传感器

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发表于 2020-3-8 14:26:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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目前耳、额温枪采用的红外传感器均为热电堆式,基本物理原理是塞贝克效应。

热电堆式温度传感器参数指标:

测量范围:-50℃-100℃;

测量精度:0.1℃以内,±0.1%以内;

工作温度:-20℃-+85℃;

最大测量距离:≦0-50mm(加透镜300-500mm)

输出电压:0-10mV;

热电堆温度传感器最大量程范围可以做到-60℃到+1200℃范围

红外热电堆传感器成品图主要封装形式有两种:TO46(TO18)/TO39(TO5);

目前市面上的红外温度传感器根据能量转换所用材料不同,主要有以下几种类型:

(1)热释电型:硫酸三甘肽、钽酸锂等

(2)热电堆型:N型和P型的多晶硅

(3)二极管型:单晶或多晶PN结

(4)热电容型:双材料薄膜

(5)热敏电阻型:氧化钒、非晶硅等 其实,这些类型都只是在接收红外能量后,转换方式和材料能效比不同而已。

热电堆传感器和热释电传感器的区别是什么?

一、热电堆传感器
(1)热电堆传感器简介
热电堆是一种能把温差和电能相互转化的元件,由两个或多个热电偶串接组成,各热电偶输出的热电势是互相叠加的,当热电堆的两边出现温差时,会产生电流,可用于测量小的温差或平均温度。使用热电堆测量温度时,可以克服单个热电偶产生的电势差太小而难以测量的缺点,避免使用昂贵的高精度运算放大器。

热电堆传感器(MRT-311)

热电堆传感器(MRT-311)


(2)热电堆传感器结构
结构上,热电堆由多个热电偶组成。辐射接收面分为若干块,每块接一个热电偶,把它们串联起来,就构成热电堆。按用途不同,实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型,亦可制成多通道型和阵列型器件。

热电堆传感器结构

热电堆传感器结构


(3)热电堆传感器应用
热电堆红外探测器可配置各种透镜和滤波器,从而实现在温度测量、气体成份的定性/定量分析、医疗设备等多种应用场景中的应用。
目前,在额温枪、耳温枪、智能家电、灯具开关、食品温度检测等领域中获得了广泛的应用!

二、热释电传感器
(1)热释电传感器简介
了解热释电传感器之前,先来了解一下什么是热释电效应。
某些晶体,例如钽酸锂、硫酸三甘肽等受热时,晶体两端会产生数量相等、符号相反的电荷。1842年布鲁斯特将这种由温度变化引起的电极化现象正式命名为“pyroelectric”,即热释电效应。

热释电传感器

热释电传感器

红外热释电传感器就是基于热释电效应工作的热电型红外传感器

(2)热释电传感器结构
热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。补偿型热释电传感器还带有温度补偿元件。为防止外部环境对传感器输出信号的干扰,上述元件被真空封装在—个金属营内。

热释电传感器结构

热释电传感器结构
热释电结构示意图

(3)热释电传感器应用
热释电材料已广泛应用于人体感应、安防报警、火焰探测、有害气体分析等多个领域。
除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外,在更多的领域得到应用。例如:在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机;电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路;人靠近时自动开启监视器或自动门铃;摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动……


MRT115 热电堆温度传感器Datasheet
MRT115.pdf (319.19 KB, 下载次数: 0)
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 楼主| 发表于 2020-3-8 15:13:21 | 显示全部楼层

MRT115 热电堆温度传感器应用说明

MRT115 热电堆温度传感器脚位
引脚命名和描述
Pin Function Description
  • pin1 热电堆正极 输出电压正极
  • pin2 NTC 正极 环境温度补偿电阻NTC正极
  • pin3 热电堆负极 输出电压负极
  • pin4 NTC 接地脚 环境温度补偿电阻NTC负极且接地

管脚定义
(1) 管脚 1、3 为热电堆传感器电压输出引脚,输出电压为μV 量级,该电压随被测物体温度变化而变化。
(2) 管脚 2、4 为内置 NTC(热敏电阻)的引脚,2、4 脚之间为电阻值,该阻值随传感器自身温度变化而变化,该阻值在 25oC 时为 100Kohm。

MRT115引脚命名和描述

MRT115引脚命名和描述


测温步骤
(1) 读取传感器 2、4 脚电阻值 A;
(2) 根据 A 在规格书中最后的 R-T 表查找到环境温度 Ta;
(3) 读取传感器 1、3 脚的电压 B;
(4) 在 V-T 表里的 Ta 列中找到与 B 值相等或相近的电压值,其对应的横坐标则为被测物体温度。

测温电路
(1) AMB-TEMP,环境温度,此处接 ADC 以获得 2、4 脚的电压值,并转化成电阻阻值;
(2) Vbias,偏置电压,根据电路系统而定;
(3) IR Vout,红外响应电压输出,此处接 ADC 以获得 1、3 脚电压值。
测温电路.JPG

测量稳定性
由于测试输出电压容易受到 NTC 阻值影响,为了提高测量稳定性,需要确保 NTC 温度的稳定。为此,需要给传感器增加热阻、热容来提高传感器自身的温度稳定性。一般使用金属套件(铜、铝)来作为热阻、热容。

传感器自身的热干扰
为了减少传感器 PIN 脚之间的热干扰,在制作 PCB 时,应该将传感器 PIN脚之间进行热隔离。

其他建议
由于传感器的电压输出信号为 uV 量级,所以对电路(运放、ADC 等)噪声要求比较高,建议使用专业的 MCU 来进行测温运算。
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