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新型温度传感器的研究与发展

导读: 随着工业,生产的发展,温度测量的精确越来越重要,这时候都离不开温度传感器,温度测量的精准性非常重要,文章主要探讨了各种温度传感器的特性和它相对应的测量方法。

  前言

  温度是一个基本的物理现象,它是生产过程中应用最普通、最重要的工艺参数,无论是工农业生产,还是科学研究和国防现代化,都离不开温度测量及温度传感器。它是现代测试和工业过程控制中应用频率最高的传感器之一。然而,温度的准确测量并非轻而易举,即使有了准确度很高的温度传感器,但是,如果测量方法选择不当或者测量的环境不能满足要求,则都难以得到预期的结果。

  温度测量的最新进展

  当前,虽然主要的温度传感器,如热电偶、热电阻及辐射温度计等的技术已经成熟,但是只能在传统的场合应用,不能满足许多领域的要求,尤其是高科技领域。因此,各国专家都在针对性的竞争开发各种新型温度传感器及特殊的实用测量技术。

  光纤温度传感器

  光导纤维(简称光纤)自20世纪70年代问世以来,随着激光技术的发展,从理论和实践上都已证明它具有一系列的优越性,光纤在传感技术领域中的应用也日益受到广泛重视。光纤传感器是一种将被测量的状态转变为可测的光信号的装置。它是由光耦合器、传输光纤及光电转换器等三部分组成。目前已有用来测量压力、位移、应变、液面、角速度、线速度、温度、磁场、电流、电压等物理量的光纤传感器问世,解决了传统方式难以解决的测量技术问题。据统计,目前约有百余种不同形式的光纤传感器,用于不同领域进行检测。可以预料,在新技术革命的浪潮中,光纤传感器必将得到广泛的应用,并发挥出更多的作用。

  特种测温热敏电缆

  热电偶是传统的温度传感器,用途非常广泛。近年来,又发展出了一种新的测温技术,能在火灾事故预警中有独特的应用。这种新型温度传感器称为特种测温热敏电缆,又被称为连续热电偶ContinuousThermocouple)或寻热式热电偶(HeatingSeekingThermocouple)。

  热敏电缆利用电偶热电效应,但测量的不是偶头部的温度,而是沿热电极长度上最高温度点的温度。由于这种独特功能,最初被发达国家作为高精技术设备铺设在航空母舰、驱逐舰的舰舱以及军用飞机等军事设备中。目前,已被广泛应用到各个领域来预防和减少因“过热”引起的事故和损失。

  热敏电缆的主要性能

  目前,热敏电缆主要有两种产品类型(FTLD和CTTC),它们测温原理相同,只是技术参数不同。

  材料构成外层保护管:FTLD型采用双层聚四氟乙烯,CTTC型采用铬镍铁合金。为有效避免测量环境中的粉尘、油脂以及水分等介质浸入,以及温度范围不同而引起的误报,故采用不同材料。测温元件:K型热电偶。

  外形尺寸目前现有的产品长度约6~15m,若需长度加大,可以将几根热敏电缆连接起来。外径尺寸FTLD为f3.5mm,CTTC为f9.3~18.7mm,可安装在传统探头无法铺设到的恶劣环境中。

  工作温度FTLD为-40~200℃,CTTC为-40~899℃。

  分度与灵敏度热敏电缆的分度与普通热电偶相近,由于连续热电偶的“临时”热接点不是紧密连接,热接点之外两电极间也并非完全绝缘,所以热敏电缆的输出热电势与同种热电偶相比稍有降低,换算成温度大约相差十几摄氏度,这对于火警预报来说是可以接受的。

  弯曲半径除和热敏电缆组成材料的性能和质量有关外,还与隔离材料的密实程度有关。一般弯曲半径为热敏电缆外径的10~20倍。

  石英温度计

  随着生产及科学技术的发展,各部门对温度测量与控制的要求越来越高,尤其对高精度、高分辨率温度传感器的需求越来越强烈,普通的传感器难以满足要求。

  石英温度计的特性

  高分辨率分辨率达0.001~0.0001℃。高精度在-50℃~120℃范围内,精度为±0.05℃。普通温度计的精度为±0.1℃。

  误差小热滞后误差小,响应时间为1s,可以忽略。

  性能稳定它是频率输出型传感器,故不受放大器漂移和电源波动的影响,即使将传感器远距离(如1500m)设置也不受影响,但是抗强冲击性能较差。

  石英温度计的应用

  石英温度计既可用于高精度、高分辨率的温度测量,又可作为标准温度计进行量值传递,也可以在现场稳态温度场合下进行精密测温或用于恒温槽的精密控温,还可用作远距离多点温度测量等。

 

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