几种常用温度传感器的原理及发展

发布时间:2017-11-15  发布者:利坤电子

   温度传感器,使用范围广,数量多,居各种传感器之   。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段;
   (1)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。
   (2)模拟集成温度传感器/控制器。
   (3)智能温度传感器。目前,   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。
   一、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的对象,也可测温度场的温度分布,但受环境的影响比较大。
   二、温度传感器的发展
   1、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   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   度;测量范围广,可从-50~1600℃进行连续测量,的热电偶如金铁-镍铬,   低可测到-269℃,钨-徕   高可达2800℃。
   2、集成(IC)温度传感器
   2.1、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20世纪80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。
   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、、响应、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。
   2.2、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20世纪90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(ATE)的结晶。目前,   上已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、A/D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、   控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
   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(MCU),并且可通过软件来实现测试功能,其智能化取决于软件的水平。
   3、智能温度传感器发展的新趋势
   3.1、提高测温精度和分辨力
   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,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9~12位A/D转换器,分辨力一般可达0.5~0.0625℃。
   3.2、增加测试功能
   温度传感器的测试功能也在不断增强。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   扩展模式,操作非常简便。
   3.3、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,温度传感器作为从机可通过总线接口与主机进行通信。
   3.4、性及   性设计
   A/D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,混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器普遍采用了的A/D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串模干扰、分辨力高、线性度好、成本低等优点。
   为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度传感器还增加了ESD保护电路,一般可承受1000~4000V的静电放电电压。通常是将人体等效于由100pF电容1.2k。电阻串联而成的电路模型,当人体放电时,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1000V的静电放电电压。
      新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。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。
   3.5、虚拟温度传感器和网络温度传感器
   虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台并通过软件而成的。利用软件可完成传感器的标定及校准,以实现   佳性能指标。
   其主要特点是每只传感器都有   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,   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。
   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:
   (1)扩展测温范围:随着工业的发展,对温、超低温的测量要求越来越迫切。
   (2)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。
   (3)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。
   (4)发展新产品,满足需要: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、的普通热电偶外,根据被测对象的环境,还提出了许多的要求,如防硫、、的热电偶,钢水连续测温,火焰温度测量等。
   (5)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。
   (6)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。

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