热电堆传感器:国产红外热电堆传感器哪家强?红外热电堆技术评测一览

2021/10/31 22:45 · 传感器知识资讯 ·  · 热电堆传感器:国产红外热电堆传感器哪家强?红外热电堆技术评测一览已关闭评论
摘要:

热电堆传感器:国产红外热电堆传感器哪家强?红外热电堆技术评测一览2020年,随着新冠肺炎在全球范围内的爆发,非接触式人体红外测温设备,迎来了前所未有的火爆行情,无数红外测温硬件方案喷涌而出,各式各样的红外测温仪器,一瞬间充斥全球市场。红外热电堆传感器作为非接触式人体

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热电堆传感器:国产红外热电堆传感器哪家强?红外热电堆技术评测一览

  2020年,随着新冠肺炎在全球范围内的爆发,非接触式人体红外测温设备,迎来了前所未有的火爆行情,无数红外测温硬件方案喷涌而出,各式各样的红外测温仪器,一瞬间充斥全球市场。红外热电堆传感器作为非接触式人体测温应用的核心元器件,更是炙手可热,供不应求。
  传感器专家网作为专注于传感器技术领域的平台,从市场上购买了多个热销的红外热电堆传感器,采用业内专业的测试设备和标准的测试方法,对这些传感器进行一场客观的技术评测,以便于广大电子制造从业者更了解红外热电堆传感器的技术与性能。
  什么是红外热电堆传感器
  热释红外线传感器——红外热电堆,是能把温差转化成电能的一种传感器。
  结构上,热电堆传感器通常由串联(或偶尔并联)的大量热电偶组成,以将电压升至有意义的量。原理上,热电堆基于塞贝克效应,其输出电压取决于热电偶结与基准结之间的温度差。
  红外热电堆传感器广泛应用于非接触式温度测量应用中,例如:耳温枪、额温枪、固定式温度探头等。
  评测产品:
  对比测试项:
  热电堆阻值
  热电堆灵敏度
  热电堆稳定性
  测试项说明:
  1.红外热电堆阻值测试
  判断标准:70-200KΩ区间属正常范围,低于或高于区间属异常。
  热电堆由多个热电偶串联而成,所有串联热电偶的内阻之和为热电堆的芯片电阻。热电堆芯片本身阻值较高,设计放大器时会考虑到该阻值,以防放大器偏离工作范围,阻值通常在70到200KΩ之间为正常,更方便ADC和放大器的使用。
  2.红外热电堆灵敏度测试:
  判断标准:电压变化在200mv以上属于正常范围。在正常范围内,电压变化越小,灵敏度越低。
  热电堆灵敏度为温度与输出电压之比,测量当温度变化时,相应输出电位差的变化量。灵敏度是热电堆最重要的参数之一,它会影响后续非接触红外测温仪器的精度。
  3.红外热电堆稳定性测试:
  判断标准:测试前后电压变化波动越小,曲线收敛性越强,热电堆越稳定。
  传感器的灵敏度,一般在量程范围内是恒定的,即传感器的输入-输出特性为直线。但由于多种原因,传感器灵敏度会发生变化,因此测试灵敏度的稳定性很有必要。热电堆稳定性测试包括灵敏度时漂稳定性测试、温漂稳定性测试和加速老化稳定性测试。模拟热电堆分别经历长时间变化、高温储存和高低温冲击加速老化的过程,测试其灵敏度保持一致的能力。
  测试结论:
  1.红外热电堆阻值测试
  测试设备:电阻测试仪
  测试方法:测试传感器TP+和TP-之间的阻值,并记录。
  结论:
  红外热电堆电阻在70-200KΩ区间属于正常范围,本次测试结果显示,美思先端MTP-10B7F55的热电堆阻值小于70KΩ,不在正常的区间范围。烨映、新微、西人马、众智、亚创光电,五个型号属于正常区间范围。此项测试表明,多个型号的阻值都在正常范围内,能够便于ADC和放大器的调用。测试数据见图1.1
  图1.1 红外热电堆阻值数据(测试数据在相同环境下,经过重复测试得出)
  2.热电堆灵敏度测试
  测试设备:电压变化测试仪、黑体
  测试条件:黑体35±0.3℃,环境温度25±2℃
  测试方法:相同测试设备,在相同黑体和环境温度下测试传感器的电压变化,并记录变化值。
  结论:
  此项测试结果显示所有型号均有电压变化,说明热电堆芯片均属正常。但是,美思先端MTP-10B7F55、新微TSD14相对其它型号电压变化较低,灵敏度相对其它型号差强人意。灵敏度的高低与测量精度相关,灵敏度高的红外热电堆传感器在精度上更有保障。测试数据见图2.1
  图2.1 红外热电堆灵敏度测试(测试数据在相同环境下,经过重复测试得出)
  3.热电堆稳定性测试
  测试设备:电压变化测试仪、黑体、高温老化炉、高低温循环炉
  测试条件:黑体35±0.3℃/环境温度25±2℃/120℃高温/-40~85℃高低温冲击
  测试方法:
  对比传感器灵敏度随时间漂移的收敛性;
  对比传感器灵敏度输出在每次高温老化后的变化大小,对比收敛性;
  对比传感器灵敏度输出在冷热冲击后的变化大小,对比收敛性。
  结论:
  灵敏度时漂稳定性测试中,西人马SGXV02-100-000-100和美思先端MTP-10B7F55测试前后的电压变化波动较小,曲线收敛性较强,灵敏度时漂稳定性较强。其他型号电压变化波动较大,较为不稳定。测试数据见图3.1
  温漂稳定性测试中,西人马SGXV02-100-000-100和美思先端MTP-10B7F55测试前后的电压变化波动较小,曲线收敛性较强,温漂稳定性较强。其他型号电压变化波动较大,较为不稳定。测试数据见图3.2
  加速老化稳定性测试中,西人马SGXV02-100-000-100测试前后的电压变化波动较小,曲线收敛性较强,加速老化稳定性较强。其他型号电压变化波动较大,较为不稳定。测试数据见图3.3
  图3.1 红外热电堆灵敏度时漂稳定性数据(测试数据在相同环境下,经过重复测试得出)
  图3.2红外热电堆温漂稳定性数据(测试数据在相同环境下,经过重复测试得出)
  图3.3红外热电堆加速老化稳定性数据(测试数据在相同环境下,经过重复测试得出)
  对比以上三种曲线收敛性可知,西人马SGXV02-100-000-100和美思先端MTP-10B7F55的灵敏度时漂稳定性曲线和温漂稳定性曲线收敛性强,在每次静置前后所测电压变化的波动范围最小(曲线重合度相对高),各个时段静置曲线之间的变化也很小,两者在灵敏度时漂稳定性和温漂稳定性上表现优异。而加速老化稳定性测试结果显示,西人马SGXV02-100-000-100的加速老化稳定性测试曲线收敛性最强,说明其加速老化稳定性最为出色。
  本次评测的结果,西人马SGXV02-100-000-100、众智OTP-638D2、烨映STP9CF55在测试中综合性能较好,其中西人马SGXV02-100-000-100在多项稳定性测试中表现优异。稳定性是传感器品质的直接表现。影响传感器稳定性的因素主要是材料及其加工工艺,因集成电路制造工序繁多、工艺复杂且技术难度非常高,故制造稳定性高的芯片对材料、制造工艺都有非常严格、高标准的要求。
  在全球疫情肆虐的当下,非接触式人体红外测温应用的市场行情,势将火爆进行到底。传感器专家网希望广大电子行业从业者,在选用红外热电堆方案时,能够秉持科学的精神,制造出更多稳定可靠的产品,助力全球抗击疫情,利用科技力量让我们共度难关。
声明:本次评测结果仅适用于本批次的产品,传感器专家网不对其他批次产品数据负责,如有其他问题,请联系我们,传感器专家网拥有对此声明的最终解释权。
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热电堆传感器:新品推荐 |上新!数字热电堆温度传感器来了

MRTD-3011 是一款具有读出电路 I2C 的数字式热电堆传感器。热电堆芯片基于MEMS工艺将上百对热电偶串联而成,在测量物体温度时不需要直接接触,热电堆吸收从被测量物体发射的红外线能量,利用塞贝克原理,当目标与环境之间存在温度差时,传感器输出对应的电压,从而检测出目标的温度。
MRTD-3011
产品特点
?全集成数字红外热电堆;
?TO-39 封装,小视角;
?免标定,I2C 接口,内部自动补偿温度;
?可设置的信号采样速度:可调16 阶速度 (0.02Hz~2KHz);
?内建高精度 20-Bit Sigma delta ADC, ENOB 可达 16-bit;
?芯片睡眠模式电流(2μA@ 25°C/VDD=3V);
数字热电堆温度传感器
数字热电堆温度传感器
MRTD-3011
技术指标
划重点
2.6V 至 5.5V 单电源连续运行;
稳定性好,工作温度:-20℃~85℃;
测温范围:-20~250℃;
测温精度:±2℃;
滤光片波长范围:5.5-14μm
主要应用
MRTD-3011款数字热电堆传感器适用于工业现场及其他多种领域温度检测,数字输出免标定,量程、角度可定制,有着广阔的应用空间。
#01工业现场测温
#02电力领域安全测温
#03家用电器温度测量与控制;
护发吹风机、微波炉、空调、烟机灶具等都可应用
温度传感器是各类传感器中常用的一种,从2020年疫情之后,开始频繁进入人们的视野中,如今的温度传感器外形非常小巧,这也使得他们能够灵活广泛地应用于不同领域中,为我们的生活提供各种便利。
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热电堆
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热电堆
[1]
是一种热释红外线传感器,它是由热电偶构成的一种器件。它在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品温度检测等领域中,作为温度检测器件获得了广泛的应用。词条详细介绍了热电堆的组成基本单元--热电偶;并详细介绍热电堆的结构、工作原理、主要参数以及应用。
中文名
热电堆
外文名
thermoelectric pile
定 义
一种温度测量元件
基本单元
热电偶
领 域
传感器
目录
1
热电堆的结构
2
热电偶
3
工作原理
4
主要参数
5
热电堆应用
热电堆热电堆的结构
编辑
语音
热电堆是一种热释红外线传感器
[2]
,它是由热电偶构成的一种器件。它在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品温度检测等领域中,作为温度检测器件获得了广泛的应用。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。用于测量小的温差或平均温度。热电堆的结构: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
热电堆热电偶
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语音
热电偶是基于一种热电效应——Seebeck效应来工作的温差电元件。热电偶主要有半导体热电偶和金属热电偶两大类。虽然半导体的Seebeck效应比金属的强得多,但是在较高温度下使用的热电偶则往往是金属热电偶。基本结构和工作原理把两根不同材料的两个端头焊接(电焊、铜焊或锡焊)起来,即构成一个热电偶。当一个端头较热、另一个端头较冷时,由于Seebeck效应即将在热电偶的开路端产生出温差电动势(在闭路热电偶中产生出温差电流);因为产生的温差电动势与两个端头之间的温度差(温度梯度)成正比(比例系数为Seebeck系数),所以,如果固定一个端头(参考极)的温度不变,那么由热电偶的温差电动势大小即可得知另一个端头(传感器)的温度,从而可把热电偶作为温度传感器使用。在用热电偶检测温度时,首先需要把一个端头固定在不变的参考温度上,一般是采用0oC作为参考温度(可方便的利用冰来得到),如果要求检测精度不高时,也可采用室温作为参考温度。热电偶的几种连接方式(A和B是两种不同的热电偶材料,C是普通的金属导线):(a)是将一种热电材料断开;(b)和(c)都是采用了另外的常规导线来代替热电材料,以延长长度;(d)是用室温作为参考温度。Vs是温差电动常用的热电偶材料和特性实际上使用热电偶时需要考虑其工作温度范围和灵敏度(通常选取为5~90mV/oC)。几种典型的金属热电偶的成分和使用温度范围,列出在表1中;金属热电偶的T、J、E、K、R、S、B等类型,分别采用不同成分的材料制成,并且它们的工作温度范围各异。相应的典型金属热电偶的输出温差电动势与温度的关系。热电偶的优点:结实耐用、价格低廉、使用方便、覆盖温度范围宽广,故被广泛地用作为温度传感器。热电偶的缺点:灵敏度较低;精度低;需要参考温度;响应速度慢(为ms数量级)。
热电堆工作原理
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语音
被红外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜。在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构,这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差。热电偶由多晶硅与铝构成,两者串联连接。当各个热电偶测温端温度上升时,热电偶之间就会产生热电动势 Vn,因此在输出端就可以获得它们的电压之和。热电堆的结构与工作原理图
热电堆的结构与工作原理图
热电堆主要参数
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语音
热电堆的内阻 所有串联热电偶的内阻之和,即
[2]

热电堆的内阻Rpi较大,可达几十千欧姆,易于与放大器的阻抗匹配,可利用普通的运算放大器。热电堆的温差电动势在相同的温差时,热电堆的开路输出电压Upo是所有串联热电偶的温差电动势之和:
在相同的电信号检测条件下,热电堆能检测到的最小温差是单个热电偶的1/n,热电堆对温度的分辨能力增强。热电堆的温差电动势在相同的温差时,热电堆的开路输出电压Upo是所有串联热电偶的温差电动势之和:在相同的电信号检测条件下,热电堆能检测到的最小温差是单个热电偶的1/n,热电堆对温度的分辨能力增强。热电堆的噪声等效功率噪声等效功率NEP主要取决于热电堆的热噪声。
热电堆热电堆应用
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语音
热电堆红外测温传感器热电堆红外测温传感器直接感应热辐射
[3]
,为非接触温度测量提供完美的解决方案,它的具有创新的硅基微机械技术保证了它的极好的长期稳定性,非常低的温度灵敏系数,极好的光电特性。热电堆红外传感器使非接触温度测量系统具备很低的价格。它不需要冷却,但在整个温度测量范围内能达到±1℃的精度。对于比较窄的温度测量范围,例如体温测量,精度可以达到±0.1℃。在非接触温度计中的应用用高精度热敏电阻来测量热电堆所处的环境温度,然后由CPU计算出测量温度。可以在EEPROM中预先写入一些标准的温度条件,例如:在被测物体温度为37℃、热电堆所处环境温度为25℃条件下测得的输出电压。而且,热电堆的输出电压、运放的偏置及增益的离散性等等也可以通过软件来进行修正
[4]
。另外,被测对象的温度与热电堆所处的环境温度之间,存在着下面的关系。Vout=A(Tb4-Ts4)Vout为热电堆的输出电压(V)A为比例系数Tb为被测物体的温度(K)Ts为热电堆所处的环境温度(K)因此,被测对象的温度,可以通过测量热电堆输出电压和热电堆所处环境的绝对温度,并通过运算后获得。。
词条图册
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参考资料
1.

化工词典
2.

郑国良. 热电堆传感器及其应用[J]. 传感器与微系统, 1992(2):27-30.
3.

李佳, 王玮冰, 徐中龙. 红外热电堆温度传感器的自校正电路:, CNA[P]. 2013.
4.

高. 非接触温度计[J]. 红外, 2000(12):14.

热电堆传感器:热电堆传感器图解

热电堆传感器

热电堆传感器的结构主要是由辐射接收面分为若干块,每块接一个热电偶然后把它们串联起来,就构成热电堆。按用途不同可按照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。热电偶的优点是具有结实耐用且价格低廉,使用方便和覆盖温度范围宽广,故被广泛地用作为温度传感器。

热电堆红外传感器是属于非接触式测量的应用,物体会发出辐射,进入热电堆里面的上面由硅芯片上面的一个热电偶,热电偶可以吸收这些红外的能量并产生和输出电信号。所测量的物体的温度越高所产生的红外能量就越多。

像这类非接触式的温度测量传感器方式通用在市场上的应用主要是做耳温枪和额温枪,还有一些家用电器上面,如微波炉和干衣机,在工业上会用在复印机和打印机等等产品上。

在温度测量的应用中,我们通常会用到热电堆的红外传感器或者是NTC温度传感器,那么这两类传感器有什么不一样的使用方式。

热电堆传感器的图解如下:

一般采用金属外壳封装,物料的红外射线经过表面的滤光片进入到里面的热电堆电偶上,再经过信号感应转换成电信号。

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