PDF《几种常用 温度传感器的原理及发展》

几种 常用 温度传 感器的原理及发展 山东莱芜钢铁集 团有 限公司 山东莱芜 马净李晓光 宁伟摘要 本 文介绍 了几种常用 温度传 感器的原理 , 论述 了智能温度传 感器的现状及发展趋 势.

【关键词 传感 器 敏感 元件 智能化 月舀温度传感器 , 使用 范 围广 , 数量 多,居各种传感 器之首 . 温度传感器 的发展大致经历 了 以下 个 阶段 传统 的分立式温度传感器 含敏感元件 , 主 要是能够进行非 电量和 电量之间转换 . 模拟集成温度传感器 控制器 . 智能温度传感器 . 目前 , 国际上新型 温度传 感器正从模拟式 向数字式 、 集成化 向智能化及 网络化 的方 向发展 . 种方法将会产生很大 的误差 . 非 接触测 温 的测 温元件与被测 对象互不 接触 . 常用的是辐射热交换原理 . 此种测 温方法 的 主要特点是 可测量运 动状态 的小 目标及热容量小或变化迅速 的对 象,也可测 温度场 的温度分布 , 但受环境 的影 响 比较大 . 温度传感器 的分类 温度传感器按传感器与被测 介质 的接触方式 可分为两大类 一类是接触式温度传感器 , 一类是非接触 式温度传感器 . 接触式温度传感器 的测 温元件与被测 对象要有 良 好的热接触 , 通过热传导及对流原理达到热平衡 , 这时的示值 即为被测 对象 的温度 . 这种测 温方法精度 比 较高 , 并可测量物体 内部 的温度分布 . 但对于运动 的、热容量 比较小 的及对感温元件有腐蚀作用 的对象 , 这 温度传感器 的发展 传统 的分立式温度传感器 ― 热 电偶传感器 热 电偶传感器是工业测 量 中应用 最广泛 的一种温 度传感器 , 它 与被测 对象直接接触 , 不受 中间介质 的影响,具有较高的精确度 测 量范 围广 , 可从 一一℃进行连续测 量,特殊 的热 电偶如金铁一镍铬 , 最低可 测 到一 ℃ , 钨一徕最高可达 ℃ . 集成 温度传感器 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用 硅半导体集成工艺 制成 的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器 . 模拟集成温 度传感器是在 世纪 年代问世 的,它将温度传感 器集成在一个芯 片上、可完成温度测 量及模拟信号输 出等功能 . 《中国仪器仪表 》 , 模拟集成温度传感器 的 主要特点是功能单一 仅测量温度 、 测 温误差小 、 价格低 、 响应速度快 、 传输 距离远 、 体积小 、 微功耗等 , 适合远距离 测温,不需要进行非线性校准 , 外围电路简单 . 智能温度传感器 智能温度传感器 亦称数字温度传感器 是在 世纪 年代 中期 问世 的.它是微 电子技术 、 计算机技 术和 自动测试技术 的结 晶.目前 , 国际上 已开 发 出多种智能温度传感器系列产 品.智能温度传感器 内部包含温度传感器 、 转换器 、 信号处理器 、 存储 器 或寄存器 和接 口 电路 . 有 的产 品还带 多路选择 器、中央控制器 、 随机存取存储器 和 只读存储器 . 智能温 度传感器能输 出温度数据及相关 的温度控 制量 , 适配各种微控制器 , 并且可通过软件来 实现测试功能 , 其智能化取决于软件 的开发水平 . 智能温度传感器发展 的新趋势 提高测温精度 和分辨力 智能温度传感器 , 采用 的是 位 转换器 , 其测温精度较低 , 分辨力只能达到 ℃ . 目前 , 国外 已相 继推出多种 高速度 、 高分辨力 的智能温度传感器 , 所用的是一位转换器,分辨力一般可达一℃.由美 国 半导体公 司 新研制 的 型高分辨力智能温度传感器 , 能输 出 位二进 制数据 , 其分辨力高达 ℃ , 测温精度为士 ℃ . 为 了提高多通道 智能温度传感器的转换速率 , 也有 的 芯片采用 高速逐次逼近式 转换器 . 以型通道智能温度传感器 为例 , 它对本地传感器 、 每一路 远程传感器的转换时间仅为 协、林.增加测试功 能 温度传感器的测试功能也在不断增强 . 例如 , 型单线智能温度传感器增加 了实 时 日历 时钟 , 使其功能更加完善 . 还增加 了存储功能 , 利用 芯片 内部 字节的 存储器 , 可存储用户 的 短信息 . 另外 , 智能温度传感器正从单通道 向多通道 的方 向发展 , 这为研制和 开发多路温度测 控系统创造 了 良好条件 . 传感器都具有多种工作模式可 供选择 , 主 要包 括 单次转换模式 、 连续转换模式 、 待机模式 , 有 的还增 加 了低温极 限扩展模式 , 操作非常简便 . 对某些智能 温度传感器而 言,主机 外部微处理器或单片机 还可通过相应 的寄存器来设定其 刀 转换速率 典型产 品为 , 分辨力及最大转换时间 典型产品为 . 总线技术 的标准化与规范化 智能温度传感器 的总线技术也实现 了标准化 、 规 范化 , 所采用 总线主要有单线 一 总线 、 ℃ 总线、总线和 总线 . 温度传感器作为从机可通 过专用 总线接 口 与主机进行通 信.可靠性及安全性设计 用 转换器大多采用积分式或逐次 比较式转换技 术,其噪声容限低 , 抑制混叠 噪声及量化噪声 的能力 比较差 . 新型智能温度传感器 例如 、 、 普遍采用 了高性能的 艺一 式 转换器不仅能 滤除量化噪声 , 而且对外 围元件的精度要求低 由于 采用 数字 反馈方式 , 因此 比较器 的失调 电压及零点漂 移都不会影 响温度 的转换精度 . 这种智能温度传感器 兼有抑制 串模 干扰能力强 、 分辨力高 、 线性度好 、 成 本低等优点 . 为防止 因人体静 电放 电 而损坏芯片 . 一些 智能温度传感器还增加 了 保护 电路 , 一般可 承受 的静 电放 电 电压 . 通常是将人体等效于 由即电容 .电阻 串联而成 的电路模型 , 当人体放 电时 , 型智能温度传感器 的 串行接 口端、中断 比较器信号输 出端和地址输人端均可 承受 的静 电放 电 电压 . 最新 开发的智 能温度传感器还增 加 了传感器故 障 检测 功能 , 能 自动检测 外部 晶体管温度传感器 亦称 远程传感器 的开路或短路故 障.还具有选 择 寄存阻抗抵消 , 缩写 为 模式 , 能抵消远程传感器引线阻抗所 引起的测温误差 , 即使引线阻抗达到 , 也不会影 响测量精度 . 远程传感器引线可 采用 普通双绞线或者带 屏 蔽层 的双绞线 . 虚拟温度传感器和 网络温度传感器 下转第 页 《中国仪器仪表 》 , 尸尸阵阵 向向托钢位置 缓慢上升位 上升位置 缓慢前进位置 前进位置 缓慢放钢位 放钢位 缓慢下 降位 下降位 缓慢后退位 后退位 起始位置 行步距和设定步距 . 日常维护 中常见故障 调试阶段故 障 新位置传感器的故 障问题 比较复杂 , 其特征是设 计、制造 、 安装 以及管理等质量 问题交织一起 . 常见 的故障有安装松动 、 位置难 以 调整稳定 , 也有属 于当初设计欠妥 , 部件选择不 当,动作不平稳 , 定位精度 达不到要求 . 对待这类故障应该耐心细致 , 慎重处理 , 逐一 排除 . 运行初期和 中期故障 调试后进入正 常生产 阶段 的故障特征是 插头松 动或接触不 良,造成信号 时有 时无 , 管壁 内进人杂质 、 脏物 , 导致某些元件工作不稳定 , 线性关系被破坏 , 表 现为位置忽大忽小 , 极不稳定 . 一般到运行 中期 , 系 统元件 组件处 于最佳运行工作状态 , 故障率较低 . 运行后期故 障 位置传感器运行一段时间后 , 各类元件 组件因为 工作频率和 负载条件 的差异 , 易损件先后磨损超差 , 这 个阶段 的故障特征是位置反馈接触不 良、定位精度差 、 稳定性下 降、效率显著降低 、 故 障率逐渐增 加.这时应注意全面检查 , 更换有关失效部件 , 应科学 、 严格 的下决心 投资 , 予 以全面修复 , 否 则可 能给运行人员 带来很多的麻烦 , 甚至严重影响位置的正常调节和控制 . 改善位置传感器 的工作环境和使用 条件 位置传感器的可 靠性 和 寿命与使用情况 、 所处 的 环境条件 、 人员知识等因素有着直接 的关系 . 在维护 与管理上应改 善其工作环境 与使用 条件 , 使之延长 寿命.上接第 页 虚拟传感器是基 于传感器硬件和 计算机平 台并通 过软件开 发而成 的.利用 软件可完成传感器 的标定及 校准 , 以实现最佳性能指标 . 最近 , 公司已开发 出一种基于软件设置 的型虚拟传感器 . 其主要特点是每只 传感器都有 唯一的产 品序列号 并且 附带一 张软盘 , 软盘上存储着对该传感器进行标 定 的有关数据 . 使用 时,传感器通过数据采集器接至 计算机 , 首先从计算机输人该传感器 的产品序列号 , 再 从软盘上 读 出有关数据 , 然后 自动完成对传感器的检 查、传感器参数 的读取 、 传感器设置和记录工作 . 总结 随着工业生产效率的不 断提高 , 自动化水平与范 围的不 断扩大 , 对温度传感器 的要求也越来越高 , 主 要有 以下几个方面 扩展测温范围 随着工业 的发展 , 对超高温 、 超低温 的测量要求越来越迫切 . 提高测 量精度 随着 电子技术 的发展 , 信号 处理仪表 的精度有 了很大 的提高 . 扩大测 温对象 随着工业 和人们 日常生活要 求的提高 , 现在 已 由点测量发展到线 、 面测量 . 发展新产品 , 满足特殊需要 在温度测量 中,除了进一 步扩展 与完善管缆热 电偶 、 热 电阻 , 以及 晶 体管测 温元件 、 快速高灵敏度 的普通热 电偶外 , 根据 被测 对象的环境 , 还提 出了许多特殊 的要求 , 如防硫 、 防爆 、 耐磨 的热 电偶 , 钢水连续测 温,火焰温度测量等 . 显示数字化 温度仪表不但具有读数直观 、 无 误差 、 分辨率高 、 测 量误差 小 的特点 , 而且给温 度仪 表的智能化带来很大方便 . 检定 自动 化 由于 温度校 验装置将直接影 响 温度仪表质量 的提高 , 我国 已研制出用微型机控制的 热电偶校验装置 . 参考文献 潘新 民 微型计算机与传感器技术 曲刀碑叨 《 中国仪器仪表 》 ........