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來(lái)源：Digi-Key 作者：Kevin Chow 溫度傳感器(Thermal Sensor)可用于各種應用中，并且在電子設備中起著(zhù)非常重要的作用，通過(guò)監視溫度，檢測異常溫度來(lái)保持設備穩定的運行。市場(chǎng)上的溫度傳感器較普遍地利用機械性接觸(例如簧片開(kāi)關(guān)型, Reed Switch)及以半導體開(kāi)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)，入將磁力應用于傳感器內，讓它具有更多優(yōu)勢，實(shí)現低成本、高精度及快速響應的熱開(kāi)關(guān)解決方案。 以下是3類(lèi)較常見(jiàn)的溫度傳感器的簡(jiǎn)單比較： 
表1： 三款熱傳感器的簡(jiǎn)單比較 技術(shù)分析 在一般情況下，工程師通常會(huì )首先考慮使用熱敏電阻（NTC或PTC）或傳統的雙金屬恒溫器。熱敏電阻通過(guò)溫度變化引起的電阻變化來(lái)監視溫度。 原始制造商通常提供相應的表格，但是需要電路控制。如果利用雙金屬的物理開(kāi)關(guān)來(lái)提供ON或OFF功能——即利用雙金屬元素膨脹速率的傳統原理——可以使開(kāi)/關(guān)功能操作變成簡(jiǎn)單，但是反應速度及回復時(shí)間有時(shí)也是考慮選擇的因素——例如需要在系統變熱時(shí)才打開(kāi)風(fēng)扇或暫時(shí)關(guān)閉電源之類(lèi)的應用，在系統變涼時(shí)還需要可恢復正常運行。 還有生產(chǎn)商使用對溫度敏感的鐵氧體 (Thermo Ferrite)作磁控開(kāi)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，當它的材料的溫度達到居里溫度時(shí)，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(shí)迅速失去了滲透性的溫度反應，圖2顯示在其溫度接近于居里點(diǎn)時(shí)物料的飽和磁通密度也接近于零時(shí)的比較圖。
*注1: 法國物理學(xué)家皮埃爾·居里（Pierre Curie）發(fā)現，在一定溫度下，磁性材料會(huì )失去其磁性�，F在，該溫度被稱(chēng)為所謂的「居里溫度」。 工作原理 此溫度傳感器有兩種類(lèi)型，即「斷開(kāi)類(lèi)型 (Break Type) 」(圖3) 和「接通類(lèi)型 (Make Type)」(圖4)。其結構主要由鐵氧體，磁簧開(kāi)關(guān)和永磁體（如果是「接通類(lèi)型」，則會(huì )有縫隙）組成。內部的簧片開(kāi)關(guān)與鐵氧體感應溫度，將熱能轉換成磁場(chǎng)能量，使簧片觸點(diǎn)分開(kāi)。 「斷開(kāi)類(lèi)型」是常閉型傳感器(NC)，由鐵氧體、簧片開(kāi)關(guān)和永磁體組成，如下圖3圖所示。當工作溫度低于觸發(fā)溫度時(shí)，該開(kāi)關(guān)為閉合；當工作溫度達到或高于觸發(fā)溫度時(shí)，該開(kāi)關(guān)為斷開(kāi) 。
圖3：斷開(kāi)類(lèi)型傳感器的構造 (圖片來(lái)源：基美)
圖4 : 斷開(kāi)類(lèi)型傳感器的定義圖 (圖片來(lái)源：基美) 我們進(jìn)一步了解這鐵氧體在斷開(kāi)型熱傳感器中的作用。當溫度低于觸發(fā)溫度時(shí)，鐵氧體具有磁性并產(chǎn)生環(huán)形磁場(chǎng)，如圖5所示。在磁場(chǎng)中，磁簧開(kāi)關(guān)被磁感應成N極性和S極性�；善_(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)由于磁性吸引力而接觸，并且使簧片開(kāi)關(guān)變?yōu)閷�。當鐵氧體的溫度達到觸發(fā)溫度（即居里溫度）時(shí)，鐵氧體便失去了磁通量并變?yōu)榉谴判��；善_(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)分開(kāi)，即開(kāi)路。
圖5：斷開(kāi)類(lèi)型傳感器操作原理圖 (圖片來(lái)自基美) 「接通類(lèi)型」是常開(kāi)型，由鐵氧體、簧片開(kāi)關(guān)、間隙和永磁體組成，如圖6所示。當工作溫度低于觸發(fā)溫度時(shí)，它是開(kāi)路狀態(tài)操作。但當工作溫度高于觸發(fā)溫度時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，如下圖7。
圖6：接通類(lèi)型傳感器的構造 (圖片來(lái)自基美)
圖7：接通類(lèi)型傳感器的定義圖 (圖片來(lái)源：基美) 接通類(lèi)型傳感器在鐵氧體材料之間有一個(gè)間隙空間，如圖8所示。當溫度低于觸發(fā)溫度，永磁體和鐵氧體產(chǎn)生環(huán)形磁場(chǎng)和簧片開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)分開(kāi)，變?yōu)殚_(kāi)路。當鐵氧體到達居里溫度(觸發(fā)溫度)時(shí)，鐵氧體會(huì )失去磁通量并變?yōu)榉谴判�。兩邊磁簧開(kāi)關(guān)分別被永磁體感應為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(lèi)型傳感器操作原理圖 (圖片來(lái)源：基美) 總而言之，使用鐵氧體的簧片開(kāi)關(guān)，比較于傳統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 · 溫度設定范圍廣 · 高精度 · 響應時(shí)間短 · 高穩定性 溫度傳感器的選擇 在Digi-Key官網(wǎng)上，已涵蓋了不同類(lèi)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 - 機械式”選項后，挑選基本操作參數（例如“電路”，“開(kāi)關(guān)溫度”和“復位溫度”），以及性能參數（例如“容差”和“開(kāi)關(guān)次數”，好友外觀(guān)選項（諸如“端接樣式”，“安裝類(lèi)型”和“包裝/外殼”之類(lèi)的尺寸），整個(gè)過(guò)程都非常簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)次數較高的溫度傳感器，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(xiàn)安裝特性，很適合用于溫度檢測和電氣過(guò)熱監控的應用，例如家用電器、電飯鍋或空調。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(lèi)型和4針表面安裝類(lèi)型，適合用于計算機，汽車(chē)和測試設備。 總結 除了傳統的雙金屬溫控器和及以半導體開(kāi)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(kāi)關(guān)的溫度傳感器，其高可靠性、短響應時(shí)間和高穩定性等優(yōu)點(diǎn)，可以為工程師提供另一種既穩定又可靠的溫度控制解決方案。 |
