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幾種常用溫度傳感器的原理及發展

發布時間:2017-11-15  發布者:利坤電子

   溫度傳感器,使用范圍廣,數量多,居各種傳感器之   。溫度傳感器的發展大致經歷了以下3個階段;
   (1)傳統的分立式溫度傳感器(含敏感元件),主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。
   (2)模擬集成溫度傳感器/控制器。
   (3)智能溫度傳感器。目前,   上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、集成化向智能化及網絡化的方向發展。
   一、溫度傳感器的分類
   溫度傳感器按傳感器與被測介質的接觸方式可分為兩大類:一類是接觸式溫度傳感器,一類是非接觸式溫度傳感器。
   接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸,通過熱傳導及對流原理達到熱平衡,這時的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高,并可測量物體內部的溫度分布。但對于運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象,這種方法將會產生很大的誤差。
   非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測溫方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化的對象,也可測溫度場的溫度分布,但受環境的影響比較大。
   二、溫度傳感器的發展
   1、傳統的分立式溫度傳感器—熱電偶傳感器
   熱電偶傳感器是工業測量中應用   廣泛的一種溫度傳感器,它與被測對象直接接觸,不受中間介質的影響,具有較高的   度;測量范圍廣,可從-50~1600℃進行連續測量,的熱電偶如金鐵-鎳鉻,   低可測到-269℃,鎢-徠   高可達2800℃。
   2、集成(IC)溫度傳感器
   2.1、模擬集成溫度傳感器
   集成傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的,因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的,它將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。
   模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、、響應、傳輸距離遠、體積小、微功耗等,適合遠距離測溫,不需要進行非線性校準,外圍電路簡單。
   2.2、智能溫度傳感器
   智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。目前,   上已出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、   控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。
   智能溫度傳感器能輸出溫度數據及相關的溫度控制量,適配各種微控制器(MCU),并且可通過軟件來實現測試功能,其智能化取決于軟件的水平。
   3、智能溫度傳感器發展的新趨勢
   3.1、提高測溫精度和分辨力
   智能溫度傳感器,采用的是8位A/D轉換器,其測溫精度較低,分辨力只能達到1℃。目前,已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器,所用的是9~12位A/D轉換器,分辨力一般可達0.5~0.0625℃。
   3.2、增加測試功能
   溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。另外,智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發展,這為研制和多路溫度測控系統創造了良好條件。
   傳感器都具有多種工作模式可供選擇,主要包括單次轉換模式、連續轉換模式、待機模式,有的還增加了低溫   擴展模式,操作非常簡便。
   3.3、總線技術的標準化與規范化
   智能溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化,溫度傳感器作為從機可通過總線接口與主機進行通信。
   3.4、性及   性設計
   A/D轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術,其噪聲容限低,混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度傳感器普遍采用了的A/D轉換器不僅能濾除量化噪聲,而且對外圍元件的精度要求低;由于采用數字反饋方式,因此比較器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。這種智能溫度傳感器兼有串模干擾、分辨力高、線性度好、成本低等優點。
   為防止因人體靜電放電(ESD)而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還增加了ESD保護電路,一般可承受1000~4000V的靜電放電電壓。通常是將人體等效于由100pF電容1.2k。電阻串聯而成的電路模型,當人體放電時,智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較器信號輸出端和地址輸人端均可承受1000V的靜電放電電壓。
      新的智能溫度傳感器還增加了傳感器故障檢測功能,能自動檢測外部晶體管溫度傳感器(亦稱遠程傳感器)的開路或短路故障。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。
   3.5、虛擬溫度傳感器和網絡溫度傳感器
   虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計算機平臺并通過軟件而成的。利用軟件可完成傳感器的標定及校準,以實現   佳性能指標。
   其主要特點是每只傳感器都有   的產品序列號并且附帶一張軟盤,軟盤上存儲著對該傳感器進行標定的有關數據。使用時,傳感器通過數據采集器接至計算機,   先從計算機輸人該傳感器的產品序列號,再從軟盤上讀出有關數據,然后自動完成對傳感器的檢查、傳感器參數的讀取、傳感器設置和記錄工作。
   隨著工業生產效率的不斷提高,自動化水平與范圍的不斷擴大,對溫度傳感器的要求也越來越高,主要有以下幾個方面:
   (1)擴展測溫范圍:隨著工業的發展,對溫、超低溫的測量要求越來越迫切。
   (2)提高測量精度:隨著電子技術的發展,信號處理儀表的精度有了很大的提高。
   (3)擴大測溫對象:隨著工業和人們日常生活要求的提高,現在已由點測量發展到線、面測量。
   (4)發展新產品,滿足需要:在溫度測量中,除了進一步擴展與完善管纜熱電偶、熱電阻,以及晶體管測溫元件、的普通熱電偶外,根據被測對象的環境,還提出了許多的要求,如防硫、、的熱電偶,鋼水連續測溫,火焰溫度測量等。
   (5)顯示數字化:溫度儀表不但具有讀數直觀、無誤差、分辨率高、測量誤差小的特點,而且給溫度儀表的智能化帶來很大方便。
    (6)檢定自動化:由于溫度校驗裝置將直接影響溫度儀表質量的提高,我國已研制出用微型機控制的熱電偶校驗裝置。

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