温度传感器的发展与应用

温度传感器的发展与应用摘要：自从温度传感器发明以来，就对人类社会产生了巨大影响。由普通的温度传感器向着数字，智能化方向迈进。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。关键词：温度传感器数字化智能化发展应用ThedevelopmentandapplicationoftemperaturetransducerAbstract:Sincetheinventionoftemperaturetransducer,ithasgreatinfluenceonthehumansociety.Bytheordinarytemperaturetransducertodigital,intelligentdirection.Afterenteringthe21stcentury,intelligenttemperaturetransducerishighaccuracy,multi-function,busstandardization,highreliabilityandsecurity,developingvirtualtransducerandnetworktransducer,single-chiptemperaturemeasurementsystemandotherhigh-techrapiddevelopmentdirection.Keyword:temperaturetransducerdigitizationIntelligentizationdevelopmentapplication1温度传感器原理,类型及发展方向1.1温度传感器的原理温度传感器是工业生产中最常见的一种传感器。它将物体的温度转化为电信号输出，它具有结构简单，测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。不同的温度传感器制作方法不同，常见的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。其发展大体经历了从分体式、模拟集成到智能型阶段。现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控制等多种功能。热电偶有标准热电偶和非标准热电偶两种，标准热电偶严格遵循热电势与温度之前的关系，并有统一的分度号，其误差也在允许范围之内。非标准热电偶通常是根据特殊测量需要制作而成的，它没有测量范围上没有统一的标准，也没有分度号。热电阻用得最多的当属铂电阻和铜热电阻，铂电阻测量温度范围更大，精度更高。铂电阻和铜热电阻其电阻和温度变化值都有统一的标准。Rt=R0[1+α（t-t0）]，它只跟初始温度和材料温度系数有关。现在用的智能集成型温度传感器采用单片机技术，里面装有多位模数信号转换器，其测量精度更高，分辨力更是高达0.03度，里面还可以集成日历时钟，实现多种测量模式之间切换，输出更具规范化和标准化，可以有效抑制周围环境对温度信号输出的干扰，使得测量值更加精确。温度传感器输出的温度不是待测物现在的温度，通常会有一定的误差。对于需要精确测量的场合，需选用响应速度更快的传感器。在测量过程要保护要探头，探头的寿命远远低于整个测量系统的寿命，当输出不正确的时候要及时更换。在响应时间要求不高的场合，可以用专用套管将探头包裹起来，主要可以延长探头的使用时间，不过这样会影响测量精度，两者之间需权衡好。很多热敏电阻表面都有涂敷层，要保护涂敷层不被损坏，涂敷层具有传温和保护里面元件的作用，可以防潮防腐蚀。类型及发展方向现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段:(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)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、由集成化向智能化、网络化的方向发展。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展称重传感器。1.2温度测量的最新进展当前，虽然主要的温度传感器，如热电偶、热电阻及辐射温度计等的技术已经成熟，但是只能在传统的场合应用，不能满足许多领域的要求，尤其是高科技领域。因此，各国专家都在针对性的竞争开发各种新型温度传感器及特殊的实用测量技术。1.2.1光纤温度传感器光导纤维（简称光纤）自20世纪70年代问世以来，随着激光技术的发展，从理论和实践上都已证明它具有一系列的优越性，光纤在传感技术领域中的应用也日益受到广泛重视。光纤传感器是一种将被测量的状态转变为可测的光信号的装置。它是由光耦合器、传输光纤及光电转换器等三部分组成。目前已有用来测量压力、位移、应变、液面、角速度、线速度、温度、磁场、电流、电压等物理量的光纤传感器问世，解决了传统方式难以解决的测量技术问题。据统计，目前约有百余种不同形式的光纤传感器，用于不同领域进行检测。可以预料，在新技术革命的浪潮中，光纤传感器必将得到广泛的应用，并发挥出更多的作用。热电偶是传统的温度传感器，用途非常广泛。近年来，又发展出了一种新的测温技术，能在火灾事故预警中有独特的应用。这种新型温度传感器称为特种测温热敏电缆，又被称为连续热电偶ContinuousThermocouple)或寻热式热电偶（HeatingSeekingThermocouple）。热敏电缆利用电偶热电效应，但测量的不是偶头部的温度，而是沿热电极长度上最高温度点的温度。由于这种独特功能，最初被发达国家作为高精技术设备铺设在航空母舰、驱逐舰的舰舱以及军用飞机等军事设备中。目前，已被广泛应用到各个领域来预防和减少因“过热”引起的事故和损失。目前，热敏电缆主要有两种产品类型（FTLD和CTTC），它们测温原理相同，只是技术参数不同。构成外层保护管：FTLD型采用双层聚四氟乙烯，CTTC型采用铬镍铁合金。为有效避免测量环境中的粉尘、油脂以及水分等介质浸入，以及温度范围不同而引起的误报，故采用不同材料。测温元件：K型热电偶。目前现有的产品长度约6~15m，若需长度加大，可以将几根热敏电缆连接起来。外径尺寸FTLD为f3.5mm，CTTC为f9.3~18.7mm，可安装在传统探头无法铺设到的恶劣环境中。工作温度FTLD为-40~200℃，CTTC为-40~899℃。分度与灵敏度热敏电缆的分度与普通热电偶相近，由于连续热电偶的“临时”热接点不是紧密连接，热接点之外两电极间也并非完全绝缘，所以热敏电缆的输出热电势与同种热电偶相比稍有降低，换算成温度大约相差十几摄氏度，这对于火警预报来说是可以接受的。弯曲半径除和热敏电缆组成材料的性能和质量有关外，还与隔离材料的密实程度有关。一般弯曲半径为热敏电缆外径的10~20倍。1.2.2智能温度传感器进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。提高测温精度和分辨力在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1℃。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5~0.0625℃。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高0.03125℃，测温精度为±0.2℃。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A/D转换器。以AD7817型5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分别仅为27μs、9μs。增加测试功能新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC)，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM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，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度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A/D转换速率(典型产品为MAX6654)，分辨力及最大转换时间(典型产品为DS1624)。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统;它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。2温度传感器的应用2.1温度传感器在工业当中的应用2.1.1热电偶在工业制造中发挥的作用什么叫热电偶：热电偶主要是用来测量温度，故美起名：温度传感器，中航自控：现在温度传感器应用很广泛，比如：1，民用热电偶分：电饭煲用热电偶，冰箱用热电偶，燃气灶用热电偶，汽车用热电偶，电熨斗用热电偶，电脑等等。工业用的热电偶：军用的，大炮，导弹，飞船，消防坦克，航空航天，工业用的：冶金冶炼，石油化工，火电核电，制造业，机械制造、玻璃陶瓷、塑料橡胶、酿酒制药、轻工纺织、食品、烟草、水处理、等工业行业，为何非要用热电偶，深圳中航自控提醒您：比如消防坦克：当坦克开进火场，距离多远就不能往前走，所以外部要有热电偶，驾驶员通过仪表看到外部温度太高，就不能再往前走，还要看内部温度。像炼钢炼铁，你说钢水温度在1300度，但是要有参照或依据，过去就是通技术人员的眼睛来确认温度，感觉温度到达要求了，就说明这炉钢水完成了，可是现在不行啊，我们要保正产品质量，就要求精测精控，所以必须用热电偶才能达到要示。湿度传感器探头,,不锈钢电热管PT100传感器,,铸铝加热器,加热圈流体电磁阀。2.1.2人体测温体温计的工作原理是，普通测量方式，是水银，由于水银受到体温的影响，产生微小的变化，水银体积的膨胀，使管内水银柱的长度发生明显的变化。人体温度的变化一般在35℃到42℃之间，所以体温计的刻度通常是35℃到42℃，而且每度的范围又分成为10份，因此体温计可精确到1/10度，由于水银对人体可能构成危害，随着科学技术的发展，现在发明电子式体温计，可以说解决了很多难题，因为目前已经出现很多类型的新式体温计。电子式体温计利用某些物质的物理参数(如电阻、电压、电流等)与环境温度之间存在的确定关系，将体温以数字的形式显示出来，读数清晰，携带方便。其不足之处在于示值准确度受电子元件及电池供电状况等因素影响，比如玻璃体温计。2.2温度传感器在医疗机构的应用2.2.1温度传感器应用于麻醉机热敏电阻元件温度传感器——由麻醉机送出的空气如果温/湿合宜，能使病人呼吸舒适，还可避免因吸入干冷空气所引起的喉痛。因此，输气系统的温度必须加以监测和控制，以确保能提供温度适宜的气流。热敏电阻元件温度传感器正是根据这种需要而设计的，它可直接安装在空气通道中来监测空气的温度，传感器和测量气流温度的微控制器配合可用来控制和调节气流的温度。热敏电阻用于血液分析仪热敏电阻元件温度传感器可用来监测厢室、扩散灯和油冷式马达的温度，以免过热。如有过热现象，立即停机使其冷却。为了控制样品的温度，对于温度的测量必须准确，测出的温度需要尽量接近实际温度。2.2.2温度传感器应用于监测系统监测冷藏箱温度的传感器似乎相当直观明了，但有没有想过用传感器来监测我们的活动方式?一些老年人发现，监测技术可以让他们在家里待得更久，并且改善生活质量。所有远程监测和远程健康系统的最终目的是改善病人护理工作。虽然许多老年人身边都有个人紧急响应系统(PERS)按钮，那样遇到紧急情况可以摁按钮求救，但许多人并没有