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來源：Digi-Key 作者：Kevin Chow 溫度傳感器(Thermal Sensor)可用于各種應(yīng)用中，并且在電子設(shè)備中起著非常重要的作用，通過監(jiān)視溫度，檢測異常溫度來保持設(shè)備穩(wěn)定的運(yùn)行。市場上的溫度傳感器較普遍地利用機(jī)械性接觸(例如簧片開關(guān)型, Reed Switch)及以半導(dǎo)體開關(guān)(例如熱敏電阻, Thermistor)。不少的溫度傳感器生產(chǎn)商也在不斷研發(fā)新技術(shù)，入將磁力應(yīng)用于傳感器內(nèi)，讓它具有更多優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)低成本、高精度及快速響應(yīng)的熱開關(guān)解決方案。 以下是3類較常見的溫度傳感器的簡單比較： 
表1： 三款熱傳感器的簡單比較 技術(shù)分析 在一般情況下，工程師通常會首先考慮使用熱敏電阻（NTC或PTC）或傳統(tǒng)的雙金屬恒溫器。熱敏電阻通過溫度變化引起的電阻變化來監(jiān)視溫度。 原始制造商通常提供相應(yīng)的表格，但是需要電路控制。如果利用雙金屬的物理開關(guān)來提供ON或OFF功能——即利用雙金屬元素膨脹速率的傳統(tǒng)原理——可以使開/關(guān)功能操作變成簡單，但是反應(yīng)速度及回復(fù)時間有時也是考慮選擇的因素——例如需要在系統(tǒng)變熱時才打開風(fēng)扇或暫時關(guān)閉電源之類的應(yīng)用，在系統(tǒng)變涼時還需要可恢復(fù)正常運(yùn)行。 還有生產(chǎn)商使用對溫度敏感的鐵氧體 (Thermo Ferrite)作磁控開關(guān)，這是一種具有在居里溫度(*注1)下仍有軟磁性特性的鐵磁物料，這種物料的飽和磁通密度隨材料溫度升高而降低，當(dāng)它的材料的溫度達(dá)到居里溫度時，將迅速變?yōu)轫槾判? 即鐵氧體失去磁性。 下圖1和圖2顯示了基美研發(fā)的溫度敏感鐵氧體Thermolite的特性。圖1顯示Thermolite在居里點(diǎn)時迅速失去了滲透性的溫度反應(yīng)，圖2顯示在其溫度接近于居里點(diǎn)時物料的飽和磁通密度也接近于零時的比較圖。
*注1: 法國物理學(xué)家皮埃爾·居里（Pierre Curie）發(fā)現(xiàn)，在一定溫度下，磁性材料會失去其磁性。現(xiàn)在，該溫度被稱為所謂的「居里溫度」。 工作原理 此溫度傳感器有兩種類型，即「斷開類型 (Break Type) 」(圖3) 和「接通類型 (Make Type)」(圖4)。其結(jié)構(gòu)主要由鐵氧體，磁簧開關(guān)和永磁體（如果是「接通類型」，則會有縫隙）組成。內(nèi)部的簧片開關(guān)與鐵氧體感應(yīng)溫度，將熱能轉(zhuǎn)換成磁場能量，使簧片觸點(diǎn)分開。 「斷開類型」是常閉型傳感器(NC)，由鐵氧體、簧片開關(guān)和永磁體組成，如下圖3圖所示。當(dāng)工作溫度低于觸發(fā)溫度時，該開關(guān)為閉合；當(dāng)工作溫度達(dá)到或高于觸發(fā)溫度時，該開關(guān)為斷開 。
圖3：斷開類型傳感器的構(gòu)造 (圖片來源：基美)
圖4 : 斷開類型傳感器的定義圖 (圖片來源：基美) 我們進(jìn)一步了解這鐵氧體在斷開型熱傳感器中的作用。當(dāng)溫度低于觸發(fā)溫度時，鐵氧體具有磁性并產(chǎn)生環(huán)形磁場，如圖5所示。在磁場中，磁簧開關(guān)被磁感應(yīng)成N極性和S極性。簧片開關(guān)的觸點(diǎn)由于磁性吸引力而接觸，并且使簧片開關(guān)變?yōu)閷?dǎo)通。當(dāng)鐵氧體的溫度達(dá)到觸發(fā)溫度（即居里溫度）時，鐵氧體便失去了磁通量并變?yōu)榉谴判浴；善_關(guān)的觸點(diǎn)分開，即開路。
圖5：斷開類型傳感器操作原理圖 (圖片來自基美) 「接通類型」是常開型，由鐵氧體、簧片開關(guān)、間隙和永磁體組成，如圖6所示。當(dāng)工作溫度低于觸發(fā)溫度時，它是開路狀態(tài)操作。但當(dāng)工作溫度高于觸發(fā)溫度時，開關(guān)閉合，如下圖7。
圖6：接通類型傳感器的構(gòu)造 (圖片來自基美)
圖7：接通類型傳感器的定義圖 (圖片來源：基美) 接通類型傳感器在鐵氧體材料之間有一個間隙空間，如圖8所示。當(dāng)溫度低于觸發(fā)溫度，永磁體和鐵氧體產(chǎn)生環(huán)形磁場和簧片開關(guān)的觸點(diǎn)分開，變?yōu)殚_路。當(dāng)鐵氧體到達(dá)居里溫度(觸發(fā)溫度)時，鐵氧體會失去磁通量并變?yōu)榉谴判浴蛇叴呕砷_關(guān)分別被永磁體感應(yīng)為N極性和S極性，觸點(diǎn)因磁性而造成吸引力，使簧片接通 。
圖8：接通類型傳感器操作原理圖 (圖片來源：基美) 總而言之，使用鐵氧體的簧片開關(guān)，比較于傳統(tǒng)的雙金屬溫控器及熱敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)如下: · 高可靠性 · 對灰塵，爆炸，濕氣和腐蝕具有極好的環(huán)境抵抗力 · 溫度設(shè)定范圍廣 · 高精度 · 響應(yīng)時間短 · 高穩(wěn)定性 溫度傳感器的選擇 在Digi-Key官網(wǎng)上，已涵蓋了不同類型的溫度傳感器。搜索「溫度傳感器」關(guān)鍵字便一目了然。
單擊“溫度傳感器 - 溫控器 - 機(jī)械式”選項(xiàng)后，挑選基本操作參數(shù)（例如“電路”，“開關(guān)溫度”和“復(fù)位溫度”），以及性能參數(shù)（例如“容差”和“開關(guān)次數(shù)”，好友外觀選項(xiàng)（諸如“端接樣式”，“安裝類型”和“包裝/外殼”之類的尺寸），整個過程都非常簡單，方便工程師按部就班地選料。
如果工程師要求低容差和開關(guān)次數(shù)較高的溫度傳感器，則基美的TRS5將是不錯的選擇之一。例如KEMET TRS5系列 的TRS5-90BLRU。它具有出色的溫度精度±2.5°C和引線安裝特性，很適合用于溫度檢測和電氣過熱監(jiān)控的應(yīng)用，例如家用電器、電飯鍋或空調(diào)。如果尺寸是首選要求，則可以考慮Sensata的6600系列，如66L120-036，它是雙金屬類型和4針表面安裝類型，適合用于計(jì)算機(jī)，汽車和測試設(shè)備。 總結(jié) 除了傳統(tǒng)的雙金屬溫控器和及以半導(dǎo)體開關(guān)的溫度傳感器之外，工程師也可以考慮使用帶有磁性開關(guān)的溫度傳感器，其高可靠性、短響應(yīng)時間和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可以為工程師提供另一種既穩(wěn)定又可靠的溫度控制解決方案。 |
