温度传感器报告.pdf

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1、温度传感器报告 温度传感器是指能感受温度并能转换成可用输出信号的传感器。温度是和 人类生活环境有着密切关系的一个物理量，是工业过程三大参量（流量、压力、温度）之一，也是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一。温度测量是一个经 典而乂古老的话题，很久以来，这方面己有多种测温元件和传感器得到普及，但是直到今天，为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广 泛要求，仍在不断研发新型测温元件和传感器、新的测温方法、新的测温材料、新的市场应用。要准确地测量温度也非易事，如测温元件选择不当、测量方法 不宜，均不能得到满意结果。据有关部门统计，2009 年我国传感器的销售额为 327 亿元人民币，

2、其中温度传 感器占整个传感器市场的 14%,主要应用丁通信电子产品、家用电器、楼宇自|动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。温度传感器的特点 作为一个理想的温度传感器，应该具备以下要求：测量范围广、精度高、可靠 性好、时漂小、重量轻、响应快、价格低、能批量生产等。但同时满足上述条 件的温度传感器是不存在的，应根据应用现场灵活使用各种温度传感器。这是 因为不同的温度传感器具有不同的特点。不同的温度传感器测量范围和特点是不同的。几种重要类型的温度传感器的温度测量范围和特点，如表 1 所示。测温的准确度与测量方法有关。根据温度传感器的使用方法，通常分为接触测量和非接触测量两类，两种测量 方法的特

3、点如 不同的测温元件应采用不同的测量电路。通常采用的测量电路有三种。电阻式测温元件测量电路”，该测量电路要考虑 消除非线性误差和热电阻导线对测量准确度的影响。电势型测温元件测量电 路”，该电路需考虑线性化和冷端补偿，信号处理电路较热电阻的复杂。电流 型测温元件测量电路”，半导体集成温度传感器是最典型的电流型温度测量元 件，当电源电压变化、外接导线变化时，该电路输出电流基本不受影响，非常 适合远距离测温。温度测量的最新进展 研制适应各种工业应用的测温元件和温度传感器。钳薄膜温度传感器 膜厚 1rn,可置丁极小的测量空间，作温度场分布测量，响 应时间不超过 1ms，偶丝最小直径 25 叩，热偶体积

4、小丁 1xi0-4mm3,质量小 丁 1 心 多色比色温度传感器能实时求出被测物体发射率的近似值，提高辐射测温的精 度。谐振式石英音义温度传感器 温度分辨率可达 0.0009 C，准确度可达 0.02 C,测量范围可达-200260C，线性度可达 0.10.05%。Z-元件构成的新型温控器件 具有电路结构简单、精度高、速度快、低功耗、低 成本等特点。集成温度传感器 利用扩散硅技术制作，适合批量生产，一致性好，灵敏度达 11.3/Co W-Re 温度传感器利用 W-Re 热电偶制作的高温传感器，能检测上限温度为 2300 C,适用丁还原、惰性、真空、核幅射等环境的高温测量。智能温度传感器 利用

5、MEMS 技术，将典型的测温元件、信号调理电路、带数 字总线接口的微处理器组合为一整体而构成智能温度传感器系统。测温技术实现从 有线”向无线”发展。传统的温度测量通常采用带有电缆的有线连接方式，但对丁有些场合，如旋转 或移动物体的温度测量、环境恶劣人员无法涉足之处、不宜采用有线的环境，随着智能温度传感器的应用，并从节省布线成本考虑，测温技术开始从 有线 向无线”发展。采用无源声表面波谐振器的无线温度测量虚拟仪器系统 引入信号处理方法和 反馈控制，降低了系统成本，提高了测量精度和测量距离，结合通用计算机平 台和数据 I/O 板卡，通过软件进行灵活控制，可根据不同环境以及测量过程自动 调节测量参数

6、，实现自适应检测。当发射功率为 100mW 时，无线检测距离为 4m 处，谐振频率重复测量的不确定度约为 0.09kHz,3m 处对温度测量灵敏度 的不确定度约为 0.1 C。空调用温度、湿度传感器系统 该系统有主机与分机两部分。分机定期将置丁内 部的温、湿度传感器所测数据以无线方式传送给主机。主机通过输出单元将其 转换成电信号，送给控制装置。由丁分机采用电池供电，可放置在任何地方，并将控制信号以无线方式传递，十分方便。无线巡回检测系统对丁安装在现场的传感器测得的数据，不用巡检人员到现场 目测或记录，而是通过无线数据收集系统，对带有无线传输模式的现场用传感 器进行无线巡回检测。这种检测系统对丁

7、危险场所及高部位的检测将十分方便。测温技术实现 曲点到线、由线到面、由表到里”的方向发展。多芯热电偶 传统的温度测量主要是基丁：点”的温度测量，然而人们往往需要关 注整个温度场的温度分布，如整个炉窑的温度分布、扩散炉内的温场、仓库各 点的温度，因此出现了多芯铠装热电偶，或用测温电缆，沿电缆线组装多支热 电偶或热电阻测量 线”状温度分布。光纤式温度分布测量技术 光纤式温度分布测量技术是用一支传感器就能测出 线状温度分布的划时代技术。该技术的基本原理是将激光脉冲射到光纤中，依 据到达各处返回的散射光中斯托克及反斯托克光之比，求其温度。这种光纤式 温度分布测量技术最长可测量 30Km 以内的温度分布

8、。用丁测量油井从地面到 地下深度方向的温度分布是很理想的。用辐射温度计或热像仪测量表面温度分布 对丁物体表面温度的测量和控制，过 去多用辐射温度计和热像仪，如用热像仪测量钢铁厂高炉外表层的温度分布，用红外辐射温度计测量水泥行业回转炉表面温度监视等。但如用光纤式温度分 布测量技术不仅可提高测量精度，而且可大幅度降低成本。深部温度测量 可用加长热电偶的方法，但使用极不方便。可采用深部温度测量 特殊装置，该装置有加热器、金届框、绝热层、测温元件(如热敏电阻)组成。其原理是在加热器的表面，能消除其温度梯度，并能测出其表面温度，从而知 道其深部温度。2新型温度传感器 2.1用廉金属替代贵金属钳铐热电偶

9、我国工业炉窑的温度测量，尤其是在1300 C 以上的高温领域，多采用钳铐系热电偶。每年测 温消耗的钳大约500kg。我国是钳资源贫乏的国 家，几乎全靠进口，而且价格不断飙升。2.2 N型温度传感器(1)N型热电偶的名义成分与性能 1)成分：NPCr,14.2%;Si,1.4%;余 Ni;NNMg 1.0%;Si,4.4%;余 Nio 2)特点：高温抗氧化性能强，250 C 550C 范围内，热循环稳定性好；使用温度高达1300Co 2.3新型WR孤度传感器(1)鸨铢热电偶的主要特点 1)热电极熔点高(3300 C)、强度大、极易氧 化；2)热电动势大、灵敏度高、热电动势率为 S 型热电偶的2倍

10、，B型3倍；3)价格便宜，仅为S型热电偶的1/20,B型 热电偶的1/25。(2)车乌铢热电偶的分类 美国AST泻 WR舞电偶标准等级分为3类：1)标准化系列，有C型(WRe5-WRe26)其标 准化的地位与 B、S、R、M K、J、E、T等成熟 热电偶相同；2)标准热电偶系列，有 D型(WRe3-WRe25);3)非标体系，有G型(W-WRe26)国内以前 多采用D型，目前消耗型热电偶仍以 D型为主，但工业用车乌铢热电偶则为以 C型为主。(3)鸨铢热电偶使用气氛 1)适用气氛：真空、惰性气体及干燥氢气；2)防氧化技术：抽空技术、实体化技术。(4)新型WRea度传感器 新型WR温度传感器在实体

11、化技术的基础上，又添加功能材料，进一步提高钙铢热电偶的抗氧 化性。特种WR温度传感器经省科技厅鉴定：“在 设计理念上具有原创性，在氧化及还原气氛中应 用居国际领先水平”。2009年荣获中国仪器仪 表学会科技二等奖，并作为科技成果收录在 20082009年国家科技发展报告中。现有用户 260多家，总产量超万只（5）应用 1）氧化性气氛：锦州烧制铭刚玉砖的梭式窑 中（温度为1450C）,原采用双钳铐热电偶，现 已被WR阪代，使用寿命接近B型，但价格为B 型的1/10，用户很满意；2）还原性气氛：攀钢VN合金生产温度为 1600C,CO N2等还原性气氛，用新型 WR温 度传感器其寿命为普通热电偶的

12、10倍；3）真空炉：采用单层或双层实体化结构严格 密封，在用于10-5Pa以上的超高真空，即使保 护管被折断也绝不会破坏体系真空度。玻璃行业中的非接触式测温技术在所有工业领域，温度测量是其中一种重要 的物理测量方式。同样在玻璃工业这也是生产工艺过程控制的必要手段。非接触式测温因其下列优点正不断地受到重视：-操作简单-响应时间快-不会老化，漂移最小-配置灵活，价格合理-不会污染玻璃溶液 在玻璃工业中需对透明及不透明的物体进行测温。不透明的物体包括模具，穹顶及玻璃熔炼炉的侧壁。非接触式测温技术在玻璃熔炉，和化槽和玻璃喂料 器越来越多地取代传统的热电偶测温，热电偶与测温仪相比在很高的工作温度和 侵蚀性的环境条件下很快就会老化和漂移，为了保护热电偶，有些地方需要用 钳金届做保护外壳，这样成本就会上升许多。