頻率最高的溫度傳感器

1、溫度傳感器的新進(jìn)展生活中人們常見的物理現(xiàn)象有很多，溫度便是其中的一種。溫度 是我們?nèi)粘Ｉ钜约肮I(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)用的最為常見也是最為重要 的工藝參數(shù)之一。無論是，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還是科學(xué)研究，又或是國防 現(xiàn)代化，這些都與溫度測(cè)量和溫度傳感器緊密相關(guān)。溫度傳感器，是 現(xiàn)代測(cè)試及工業(yè)過程控制中應(yīng)用頻率最高的傳感器之一。但是，溫度 是否能夠準(zhǔn)確測(cè)量又并非輕而易舉之事，也就是說，即使我們有了準(zhǔn) 確度相當(dāng)高的溫度傳感器，然而，要是我們的測(cè)量方法的選擇不恰當(dāng)， 或者測(cè)量的環(huán)境無法很好的滿足實(shí)際的要求，那么，預(yù)期的結(jié)果我們 也將難以得到。下面我們就溫度測(cè)量方面的最新進(jìn)展簡(jiǎn)單的了解一下目前，像熱電偶、熱電阻及輻射溫

2、度計(jì)等這些主要的溫度傳感器 的技術(shù)雖然已經(jīng)成熟，可是這些技術(shù)都只能在一般的，傳統(tǒng)的地方應(yīng) 用，在諸多其他的科學(xué)領(lǐng)域都很難甚至是無法滿足要求，當(dāng)然，特別 是在高科技領(lǐng)域的運(yùn)用過程中所顯現(xiàn)出來的劣勢(shì)就尤為明顯了。所 以，有針對(duì)性的開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊的實(shí)用測(cè)量技術(shù)在各 國的專家中的競(jìng)爭(zhēng)依然開始變得激烈起來。略談光纖溫度傳感器的新進(jìn)展自20世紀(jì)70年代問世以來，隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，無論是 在理論還是在實(shí)踐上，光導(dǎo)纖維都已經(jīng)在各方面顯示出了它所具有的 一系列的優(yōu)越性，如今，在傳感技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)用中光導(dǎo)纖維傳感技術(shù) 也日益受到人們的廣泛重視。光導(dǎo)纖維傳感器的作用是將一種將被測(cè) 量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭?/p>

3、測(cè)量的光信號(hào)。傳輸光纖、光耦合器及光電轉(zhuǎn)換器 等三部分就是光導(dǎo)纖維的主要組成部分。當(dāng)前用來測(cè)量位移、壓力、 應(yīng)變、角速度、液面、線速度、磁場(chǎng)、溫度、電流、電壓等物理量的 光導(dǎo)纖維傳感器也相繼已經(jīng)問世，這些技術(shù)將我們?nèi)粘Ｉ钪幸詡鹘y(tǒng) 方式難以解決的測(cè)量技術(shù)問題都已經(jīng)很好的解決了。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)，當(dāng)前，用于不同領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)量的光導(dǎo)纖維傳感器大約有百余種不 同的形式。由此我們可以預(yù)見，光纖傳感器在新技術(shù)革命的浪潮中必 將發(fā)揮出強(qiáng)大的功效，并將得到廣泛的應(yīng)用。略談特種測(cè)溫?zé)崦綦娎|的新進(jìn)展熱電偶溫度傳感器，是一種用途非常廣泛的傳統(tǒng)的溫度傳感器。近些年來，人們又發(fā)展出了一種新型的溫度測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)能在火

4、 災(zāi)事故預(yù)警中發(fā)揮其獨(dú)特的作用。該新型溫度傳感器被稱為特種測(cè)溫 熱敏電纜，也被稱為連續(xù)熱電偶Continuous Thermocouple）。熱敏電纜利用的是電偶熱電效應(yīng)，它測(cè)量的不是電偶頭部的溫 度，而是沿?zé)針O長度上最高溫度點(diǎn)的溫度。因?yàn)槠洫?dú)特的功能，最初 被發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將其作為高精技術(shù)設(shè)備在航空母艦以及軍用飛機(jī)等 軍事設(shè)備中運(yùn)用。日前，作為各個(gè)領(lǐng)域來預(yù)防和減少因“過熱”引起 的事故和損失的高新技術(shù)也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。略談熱敏電纜的主要性能的新進(jìn)展CTTC和FTLD是目前熱敏電纜主要的兩種產(chǎn)品類型，它們技術(shù)參 數(shù)不同但測(cè)溫原理相同。接下來談一下兩種產(chǎn)品的材料構(gòu)成。測(cè)溫元件：兩種材料均采用K型熱

5、電偶。外層保護(hù)管：CTTC型 采用的是鉻鎳鐵合金，F(xiàn)TLD型采用雙層聚四氟乙烯。采用不同的材 料原因在于有效避免測(cè)量環(huán)境中油脂、水分及粉塵等介質(zhì)浸入，以及 溫度范圍不同而引起的誤報(bào)。在外形尺寸方面，現(xiàn)有的產(chǎn)品長度均約為615m。當(dāng)然，可以將 幾根熱敏電纜連接起來以達(dá)到長度加大的目的。在外徑尺寸方面CTTC 為f9.318.7mm，F(xiàn)TLD為f3.5mm，即使在無法鋪設(shè)電纜的惡劣環(huán)境 中也可安裝傳統(tǒng)探頭。在工作溫度方面，CTTC 為-40899C，F(xiàn)TLD 為-40200C。在分度與靈敏度方面，普通熱電偶的分度與熱敏電纜相似，與同 種熱電偶相比，熱敏電纜的輸出熱電勢(shì)稍有降低，換算成溫度大約相 差

6、十幾攝氏度，原因在于連續(xù)熱電偶的“臨時(shí)”熱接點(diǎn)不是緊密連接， 熱接點(diǎn)之外兩電極間也并非完全絕緣，當(dāng)然，這一點(diǎn)對(duì)于火警預(yù)報(bào)來 說是可以接受的。在響應(yīng)時(shí)間方面，單位長度熱敏電纜的熱容量起決定作用，然而 材料的材質(zhì)與質(zhì)量又決定著熱容量，因此要有效地縮短響應(yīng)時(shí)間，就 必須減少連續(xù)熱電偶橫截面的尺寸。在彎曲半徑方面，不僅與熱敏電纜組成材料的質(zhì)量和性能有關(guān)， 而且與隔離材料的密實(shí)程度有關(guān)。一般來說，彎曲半徑是熱敏電纜外 徑的10到20倍左右。略談石英溫度計(jì)的新進(jìn)展現(xiàn)在，各個(gè)部門對(duì)溫度控制與測(cè)量的要求隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展也越來越高，特別是對(duì)于高分辨率、高精度溫度傳感器的需求也 越發(fā)的強(qiáng)烈，顯然，一般的

7、傳感器已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在的要求。下面就石英溫度計(jì)的各項(xiàng)特性簡(jiǎn)單的了解對(duì)于其高精度，在-50C120C溫度范圍內(nèi)，普通溫度計(jì)的精度 一般為0.1C，而石英溫度計(jì)的精度為0.05C。對(duì)于其高分辨率，可達(dá)到0.001至0.0001C。其誤差小，石英溫度計(jì)在熱滯后不僅其誤差很小，而且響應(yīng)時(shí)間 僅為1s，基本上可以忽略。其性能穩(wěn)定，因?yàn)槠漕l率輸出這一特性，即使將傳感器遠(yuǎn)距離（如 1500m ）和在受電源波動(dòng)和放大器漂移的影響下，除了其抗強(qiáng)度沖擊 性較差，其設(shè)置也不會(huì)受到不良影響。對(duì)于石英溫度計(jì)的應(yīng)用，石英溫度計(jì)既可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行量 值傳遞，又可用于高分辨率、高精度的溫度測(cè)量，在現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) 合下，還

8、可以槽用于恒溫的精密控溫或進(jìn)行精密測(cè)溫，此外，還有遠(yuǎn) 距離多點(diǎn)溫度測(cè)量等功用。略談聲學(xué)溫度計(jì)新進(jìn)展聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)很多，例如非接觸、測(cè)溫原理簡(jiǎn)單、可 在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)溫范圍寬（01900C）、現(xiàn)已應(yīng)用于發(fā)電廠、水 泥回轉(zhuǎn)窯、垃圾焚燒爐等工業(yè)過程的溫度控制和測(cè)量。利用超聲波測(cè)量氣體溫度，超聲波溫度計(jì)是一種利用通過對(duì)超聲 波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化來測(cè)量的溫度計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)有不 受外壁熱輻射影響、響應(yīng)速度快等。他的測(cè)量對(duì)象可從滾梯上方氣體 的平均溫度到內(nèi)燃機(jī)混合氣體爆炸燃燒時(shí)的溫度等，總之，運(yùn)用十分 廣泛。利用超聲波測(cè)量氣體溫度的測(cè)量方法有兩種，其工作原理也與聲 學(xué)測(cè)溫一樣。方法如下：

9、共振法測(cè)量法，利用共振頻率公式f=u/l可以求出u。脈沖法測(cè)量法，當(dāng)收音器與揚(yáng)聲器間的距離為1，其傳播時(shí)間為 T時(shí)，就可以根據(jù)公式U = 1/T，求出U。在測(cè)量場(chǎng)所有風(fēng)而且如果 直接測(cè)量聲速將會(huì)產(chǎn)生誤的情況下，交換使用揚(yáng)聲器和收音器，并且 選擇兩者的平均速度，那樣就會(huì)更加準(zhǔn)確了。利用測(cè)量溫度，固體超聲波溫度計(jì)是一種超聲波在固體中傳播且 傳播速度隨溫度而變化的溫度計(jì)。這種溫度計(jì)更適用于高溫測(cè)量，因 為超聲波在固體中傳播時(shí)的聲速的靈敏度隨溫度的升高而增大。略談核四級(jí)共振溫度計(jì)（NQR溫度計(jì)）的新進(jìn)展眾所周知，核磁共振指的是是原子核系統(tǒng)的磁共振。當(dāng)在靜磁場(chǎng) 垂直方向加電磁波，具有核自旋的物質(zhì)處于靜磁

10、場(chǎng)中時(shí)，對(duì)于某特定 頻率的電磁波所產(chǎn)生吸收現(xiàn)象即為核磁共振。核四級(jí)共振是指氯酸鉀 KCIO3晶體中核自旋具有電四極矩的CI35原子核在軸對(duì)稱電場(chǎng)梯度中 時(shí)，自旋產(chǎn)生能級(jí)躍遷，從而出現(xiàn)吸收電磁波的現(xiàn)象。而四級(jí)共振溫 度計(jì)是利用共振吸收頻率隨溫度升高而減少這一特性制成的溫度計(jì)， 該溫度計(jì)可作為高精度實(shí)用溫度計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。下面我們來了解下NQR溫度計(jì)的特性。無需分度，因?yàn)镵CIO3的結(jié)構(gòu)決定了溫度與吸收頻率的關(guān)系，所 以能夠保證良好的重現(xiàn)性（在6Kz以下）。高分辨率、高準(zhǔn)確度，由于溫度與共振吸收頻率的相關(guān)性好這一 特性，當(dāng)室溫附近為5kHz/K時(shí)，其分辨率可達(dá)到1mK；準(zhǔn)確度可達(dá) 到 0.005K

11、?；Q性能好，在水三相點(diǎn)的互換性能極其優(yōu)越。溫度范圍廣泛，在室溫至低溫范圍時(shí)也可以進(jìn)行高精度測(cè)量。此外，還可以利用電視信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)電波等作為高精度基準(zhǔn)信號(hào)以 便于進(jìn)行數(shù)字化處理。而且輸出的為頻率信號(hào)，這樣有利于對(duì)高精度 的保護(hù)。同時(shí)，從檢測(cè)微弱的吸收信號(hào)到轉(zhuǎn)換成溫度，都可以全部實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化。略談熱噪聲溫度計(jì)的新進(jìn)展約翰遜噪聲是指因?yàn)殡娮訜徇\(yùn)動(dòng)可在電阻的兩端產(chǎn)生由熱噪聲 引起的電位起伏的現(xiàn)象。利用熱噪聲電壓與溫度之間存在確定的關(guān) 系，可制成熱噪聲溫度計(jì)。該溫度計(jì)具有以下特性：與傳感器材料沒 有關(guān)系，不受壓力的影響；無需分度；測(cè)溫范圍廣（4-1400K）；其阻 值幾乎不影響測(cè)量精度。然而，熱噪聲溫度

12、計(jì)也存在一些不足之處，例如產(chǎn)生的電壓信號(hào) 小，信號(hào)處理困難，操作復(fù)雜，到現(xiàn)在仍未實(shí)用化。但是，熱噪聲溫 度計(jì)任可望能夠成為一種理想的測(cè)溫方式。略談半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器的新進(jìn)展品體管的基極一發(fā)射極的正向壓降隨著溫度成反比關(guān)系。該溫 度傳感器就是利用P-N結(jié)的這一固有特性制成的。其中典型的一種就 是AD590集成電路溫度傳感器，現(xiàn)在，DS1820則是最新的發(fā)展。略談DS1820的新進(jìn)展基于半導(dǎo)體集成溫度傳感器的基礎(chǔ)，研發(fā)了智能溫度傳感器。它 具有能夠遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)字化技術(shù)，即以數(shù)字形式直接輸出被測(cè)溫 度；自帶總線接口，適配各種微處理器和單片機(jī)，便于開發(fā)具有一定 智能功能的溫度測(cè)控系統(tǒng)；用戶可設(shè)定溫度上、下限。DS1820就是 典型的智能溫度傳感器。對(duì)于智能溫度傳感器的基本特性，美國生產(chǎn)的DS1820，是一種可 組網(wǎng)數(shù)字式的溫度傳感器，其全部的轉(zhuǎn)換電路及傳感元件集成在形如 一只三極管的集成電路內(nèi)。所以其在智能溫度檢測(cè)、多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中 有著廣泛的運(yùn)用。最后了解下DS1820的特點(diǎn)：測(cè)溫范圍為 -55+125C ;獨(dú)特的單線接口方式；在使用中不需要任何外圍元件； 測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量的方式串行傳送。參考文獻(xiàn)傳感器技術(shù)及其工程應(yīng)用金發(fā)慶機(jī)械工業(yè)出版社2010