温度传感器详情

一、温度测量的基本概念

1 .温度定义:

温度是表示物体冷热程度的物理量。 温度只能通过随温度变化的物体特性间接测量，测量物体温度值的比例称为温度比例。 规定温度读取开始点(零点)和测量温度的基本单位。 现在国际上常用的温度标准是华氏、摄氏、热力学温度标准和国际实用温度标准。

摄氏温度坐标(℃)规定为，在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间为100等分，等分摄氏1度，符号为℃。

华氏温度标记(∊)表示在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间为180等分时华氏1度的符号为⊙222222222222222222226

热力学温度坐标(符号t )也称为开尔文温度坐标(符号k )或温度坐标，将分子运动停止时的温度规定为零度。

国际温度标准:国际实用温度标准是国际协议性温度标准，接近热力学温度标准，再现精度高，使用方便。 现在国际通用的温度标准是1975年第15届国际权力大会上通过的“1968年国际实用温度标准-1975年修订版”，记载为IPTS-68(REV-75 )。 但是，由于IPTS-68的温度存在一定的不安，国际计量委员会在18次国际计量大会第7号决议中批准1989年会议采用1990年国际ITS-90、ITS-90的温度标准代替IPS-68。 我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温度标准。

1990年国际温度标准:

a、温度单位:热力学温度是基本功手的物理量，其单位为开尔文，水的三相点与定义的热力学温度的1/273.16以273.15K (冰点以下)之差表示温度，因此至今仍保留该方法。 根据定义，摄氏的大小和开尔文一样，温度差也可以用摄氏和开尔文来表现。 国际温度标准ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号T90 )和国际摄氏温度(符号T90 )。

b、国际温度标准ITS-90的通则: ITS-90从0.65K向普朗克辐射法则用单色辐射可实际测量的zui高温。 ITS-90是全范围，温度采用时t的zui较佳推定值被规定为，与直接测定热力学温度相比，T90的测定更方便，而且精密，再现性高。

c、ITS-90的定义:

*温带在0.65K到5.00K之间，T90由3He和4hh的蒸汽压力和温度的关系式定义。

第二温区在3.0K到氖三相点( 24.5661K )之间的T90由氦气温度计定义。

第三温区从平樟氢三相点( 13.8033K )到银的凝固点( 961.78℃)之间，T90由铂电阻温度计定义，其采用规定的定义插值法算出。 在银凝固点( 961.78℃)以上的温度范围内，T90由普朗克辐射定律定义，再现装置是光学高温计。

二、温度测量仪器的分类

温度测量仪器根据测温方式大致分为接触式和非接触式。 通常，接触式测温计比较简单，可靠性高，测量精度高，但测温元件和被测介质需要进行充分的热交换金刚，达到热平衡需要一定的时间，因此在存在测温延迟现象的同时，被高温材料所限制，不能应用于高温测量。 非接触式仪表的测温是根据热辐射的原理来测量温度的，测量元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，不破坏被测物体的温度场，反应速度一般较快，但受物体发射率、测量距离、烟尘、水分等外在因素的影响，测量误差较大。

三、传感器的选择

国家标准GB7665-87的传感器下定义如下。 &ldquo； 可以感受能够根据规定的测量、一定规则将光信号转换成可用信号的设备和装置，通常由灵敏元件和转换元件构成&rdquo； 的双曲馀弦值。 传感器是检测测定的信息，将检测出的信息以一定规则转换成电信号或其他必要形式的信息输出，满足信息传送、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。 这是实现自动检测和自动控制的主要环节。

(一)现代传感器的原理和结构千差万别，如何根据具体的测量目标、测量对象和测量环境合理选择传感器，是进行某些量测时首先要解决的问题。 传感器确定后，也可确定相应的测量方法和测量设备。 测量结果的成功与否很大程度上取决于传感器的选择是否合理。

1 .根据测量对象和测量环境决定传感器的类型:进行具体的测量工作，首先必须考虑采用哪种原理的传感器，分析多方面的要素后再确定。 这是因为，即使测量相同的物理量，也能够选择各种原理的传感器，因此若该原理的传感器更适当，则根据所测量的特征和传感器的使用条件，对于需要考虑范围的大小的被测量位置的传感器的体积要求测量方式为接触式或非接触式的信号的读出方法、有线或者非接触式测量传感器

2、灵敏度的选择:通常在传感器的线性范围内，传感器的灵敏度越高越好。 仅在灵敏度高的情况下，对应于测定出的变化量的输出信号对于信号处理有利。 但是应该注意的是，传感器的灵敏度高，还容易混入没有被测定的外部的噪声，被放大系统放大，影响测定精度，因此对传感器自身要求高的可靠性，尽可能减少从外部导入的工厂的担心信号。 传感器的灵敏度有方向性。 如果所测量的传感器是单向量并且其方向性要求较高，则需要选择其他方向上的灵敏度较小的传感器，以及如果通过多维向量进行测量，则需要传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、频率响应特性:传感器的频率响应特性必须确定所测量的频率范围，并保持在所允许的频率范围内无失真的测量条件。 实际上传感器的响应总是有一定的延迟。 延迟越短越好。 如果传感器的频率响应较高，则可测量信号的频率范围变宽，受结构特性的影响，机械系统的惯性较大，而且频率较低的传感器可以测量信号的频率较低。 动态测量时，请勿根据信号的特性(稳态、随机等)产生过度误差。

4、线性范围:传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。 理论上，在该范围内灵敏度一定，传感器的线性范围越宽，其范围越大，能够保证一定的测量精度。 选择传感器时，确定传感器的种类后，首先看其范围是否满足要求。 但是，实际上，任何传感器都不能保证的直线性，其直线性也是相对的。 在所要求的测定精度低的情况下，可以将在一定范围内非线性误差小的传感器看作近似线性，在测定上非常方便。

5、稳定性:传感器使用一定时间后，其性能不变的能力称为稳定性。 影响传感器长期稳定性的因素主要是传感器的使用环境，除了传感器本身的结构以外。 因此，为了使传感器具有稳定性，传感器需要较强的环境适应能力。 在选择传感器之前，调查其使用环境，根据具体的使用环境选择适当的传感器，或采取适当的措施减少环境影响。 如果要求传感器的长期使用，且易于更换或定位，那么对选定传感器的稳定性要求更苛刻，并且应经受长期考验。

6、精度:精度是传感器的重要性能指标，它是整个测量系统测量精度的重要环节。 传感器的精度越高，其价格越高，因此传感器的精度只要满足测量系统整体的精度要求即可，即使不太高地选择，也能够从满足相同测量的多个传感器中选择比较廉价且简单的传感器。 如果测定目的是定性分析，则选择反复精度高的传感器即可，如果是不应该选择测定值的精度高的传感器的定量分析所需要的测定值，则选定精度等级满足要求的传感器。 在特殊使用情况下，如果无法选择合适的传感器，需要自己设计和制造传感器，自制传感器的性能应满足使用要求。

(2)温度计:

1、热阻:热阻是中低温区zui常用的温度检测器。 其主要特点是测量精度高，性能稳定。 其中铂电阻测量精度zui高，未广泛应用于工业测温，已成为标准标准仪器。

①测温电阻体的原理和材料:测温电阻体基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加的特性进行温度测量。 热阻几乎都是由金属材料制成的，现在大多使用zui的是铂和铜，另外，现在也开始用铑、镍、锰等材料制造热阻。

②测温电阻体系统的构成:测温电阻体系统一般由测温电阻体、连接线、数字温度控制显示表等构成。 需要注意的两点: &ldquo； 测温电阻体和数字温度控制显示表的分度代号为消除必须一致的连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制连接法。 &rdquo；

2、热敏电阻: NTC热敏电阻具有体积小、测试精度高、反应速度快、稳定可靠、抗老化、兼容性好、一致性好等特点。 广泛应用于空调、暖气设备、电子体温计、液位传感器、汽车电子、电子日历等领域。

3、热电偶:热电偶是工业上zui常用的温度检测元件之一。 优势包括:

①测量精度高。 由于热电偶直接与被测对象接触，因此不受中间介质的影响。

②测量范围广。 通常的热电偶可以从-50~+1600℃连续测量，特定的特殊热电偶zui可以达到-269℃(例如，金铁镍钴合金)，zui可以达到+2800℃(例如，钨-铼)。

③结构简单，使用方便。 热电偶通常由两种不同的电线组成，且不受大小和开头限制，外面有保护套，使用方便。

(1) .热电偶测温的基本原理

焊接两种不同材料的导体或半导体a和b，构成一个闭合电路。 当导体a和b的两个执着点1和2之间存在温度差时，在两者之间产生电动势，在电路中产生大电流的现象被称为热电效应。 热电偶利用这个效果发挥作用。

(2) .热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两类。

标准热电偶是指国家标准规定了热电势与温度的关系、允许误差、统一的标准尺度的热电偶，有与其配套的显示器。

未标准化的热电偶不及使用范围或数量级标准化的热电偶，一般也没有统一的标度表，主要用于特殊情况下的测量。

我国自1988年1月1日起，热电偶和热阻均按IEC国际标准生产，将s、b、e、k、r、j、t 7种标准化热电偶指定为中国统一设计型热电偶。

(3) .热电偶冷端的温度补偿

热电偶的材料一般是贵重的(特别是采用贵金属时)，从测温点到仪表的距离较远，为了节约热电偶的材料，降低成本，通常使用补偿导线将热电偶的冷端(自由端)延长到温度比较稳定的控制室，并与仪表端子连接。 必须指出，热电偶补偿导线的作用只是将热电偶的冷端子移动到控制室的仪表端子，不能消除冷端子的温度变化对测温的影响，不能进行补偿。 因此，为了补偿冷却温度t0&ne，还需要其他修正方法，对0℃下的测温产生影响。 使用热电偶补偿导线时，要注意形式一致，不能搞错极性，补偿导线和热电偶连接端的温度不得超过100℃。

四、我国温控领域的八大进展

我国仪器在微细化、数字化、智能化、集成化和网络化等方面追随着国际发展的步伐，加大了自主知识产权部分的开发和产业化力度，取得了显着进展。 其中，需要提出的重大科学技术进展主要包括以下八个方面

1、先进工业自动化仪器仪表与系统实现了模块化和全数字整合，达到了产业化要求，在钢、电、煤、化、油、交通、建筑、防卫、食品、医药、农业、环境保护等领域广泛应用，向拥有自主知识产权的方向迈出了坚实的一步。

2、智能系列测试仪器和自动测试系统的研究与产业化水平大大提高，建立了航天测试、机电产品测试、家电产品测试、地震监测、气象探测、环境监测等各行业自动测试系统。 整体水平达到国外先进产品水平，售价明显低于国外产品。

3 .微波毫米波矢量网络分析仪的研制成功，成功批量生产标志着中国成为仅次于美国的世界第二大高科技产品国家。

4 .研制出具有独特特色的纳米计量和微机械，碳纳米管的定向制备、结构和物理性质探测处于世界ling之上。

5 .完成完整的电量子标准和1.5×的10-5级国家电能标准装置，使我国的电量标准达到国际先进水平。

六是开展自主知识产权科学仪器难关，提高了我国科学仪器的总体水平。

7、建立产学研结合、国内外结合的发展机制，拓展科学仪器应用领域，如开发海关防伪门票频谱仪器，在全国海关普及后，累计征收假门票价值540亿元，为国家恢复巨大经济损失。 国产科学仪器的市场占有率为&ldquo； 八五&rdquo； 期间的13%为&ldquo； 九五&rdquo； 是晚期的25%。

8 .成功研制出高强度聚焦超声肿瘤治疗系统，超声医疗器械在肿瘤无创治疗方面具有国际ling的优势

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