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测温技术的特点及发展趋势 |
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作者：沈阳仪表科学研究院 徐开先 来源：Ringer |
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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又古老的话题，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，其中温度传感器占整个传感器市场的14％，主要应用于通信电子产品、家用电器、楼宇自动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。
具有卫生型卡箍式过程连接的双金属温度计TBI，针对卫生型应用中的温度测量。
（图片来源：堡盟公司）
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。表1、测温传感器与测温范围分类表
 ● 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，两种测量方法的特点如表2所示。表2、接触测量与非接触测量测温的比较
 ● 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。
铂薄膜温度传感器 膜厚1μm，可置于极小的测量空间，作温度场分布测量，响应时间不超过1ms，偶丝最小直径25μm，热偶体积小于1×10-4mm3，质量小于1μg。
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。
谐振式石英音叉温度传感器 温度分辨率可达0.0009℃，准确度可达0.02℃，测量范围可达-200～260℃，线性度可达0.1～0.05％。
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/℃。
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℃，适用于还原、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，但对于有些场合，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，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℃。
空调用温度、湿度传感器系统 该系统有主机与分机两部分。分机定期将置于内部的温、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。由于分机采用电池供电，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 对于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。这种检测系统对于危险场所及高部位的检测将十分方便。
● 测温技术实现“由点到线、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于“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。用于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 对于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、金属框、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。(end)
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(11/13/2010) |
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