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    新型溫度傳感器的研究與發(fā)展

    作者: 時(shí)間:2011-06-01 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
    石英計(jì)

    本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/162018.htm

      隨著生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的,各部門對(duì)測(cè)量與控制的要求越來(lái)越高,尤其對(duì)高精度、高分辨率的需求越來(lái)越強(qiáng)烈,普通的難以滿足要求。

      石英溫度計(jì)的特性

      高分辨率 分辨率達(dá)0.001~0.0001℃。

      高精度 在-50℃~120℃范圍內(nèi),精度為±0.05℃。普通溫度計(jì)的精度為±0.1℃。

      誤差小 熱滯后誤差小,響應(yīng)時(shí)間為1s,可以忽略。

      性能穩(wěn)定 它是頻率輸出型,故不受放大器漂移和電源波動(dòng)的影響,即使將傳感器遠(yuǎn)距離(如1500m)設(shè)置也不受影響,但是抗強(qiáng)沖擊性能較差。

      石英溫度計(jì)的應(yīng)用

      石英溫度計(jì)既可用于高精度、高分辨率的溫度測(cè)量,又可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行量值傳遞,也可以在現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)合下進(jìn)行精密測(cè)溫或用于恒溫槽的精密控溫,還可用作遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度測(cè)量等。

      聲學(xué)溫度計(jì)

      聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)具有測(cè)溫原理簡(jiǎn)單、非接觸、測(cè)溫范圍寬(0~1900℃)、可在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已應(yīng)用于發(fā)電廠、垃圾焚燒爐、水泥回轉(zhuǎn)窯等工業(yè)過(guò)程的溫度測(cè)量和控制。

      利用超聲波測(cè)量氣體溫度

      利用測(cè)量超聲波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化的溫度計(jì)稱為超聲波溫度計(jì)。用超聲波測(cè)量氣體溫度具有響應(yīng)速度快、不受外壁熱輻射影響等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量對(duì)象十分廣泛,從滾梯上方氣體的平均溫度,到內(nèi)燃機(jī)混合氣體爆炸燃燒時(shí)的溫度測(cè)量等。

      超聲波測(cè)量氣體溫度的工作原理與聲學(xué)測(cè)溫相同,聲速的測(cè)量方法有兩種:

      脈沖法測(cè)量 如果揚(yáng)聲器與收音器間的距離為l,傳播的時(shí)間為τ,則可依據(jù)u=l/τ,求得u。當(dāng)測(cè)量場(chǎng)所有風(fēng)時(shí),若直接測(cè)量聲速將產(chǎn)生誤差。在這種情況下,將揚(yáng)聲器與收音器交換測(cè)量,選用兩者的平均速度更為準(zhǔn)確。

      共振法測(cè)量 利用共振頻率f=u/l可求得u。

      固體超聲波溫度計(jì)

      利用聲波在固體中傳播速度,隨溫度而變化的溫度計(jì)稱為固體超聲波溫度計(jì)。由于聲波在固體中傳播時(shí),聲速的靈敏度隨溫度的升高而增大,因此,這種溫度計(jì)更適用于高溫測(cè)量。

      核四級(jí)共振溫度計(jì) (NQR溫度計(jì))

      核磁共振是原子核系統(tǒng)的磁共振。具有核自旋的物質(zhì)處于靜磁場(chǎng)中,當(dāng)在靜磁場(chǎng)垂直方向加電磁波時(shí),將對(duì)某頻率的電磁波產(chǎn)生吸收現(xiàn)象即為核磁共振。氯酸鉀KCIO3晶體中核自旋具有電四極矩的CI35原子核,在軸對(duì)稱電場(chǎng)梯度中,自旋產(chǎn)生能級(jí)躍遷,出現(xiàn)吸收電磁波的現(xiàn)象,稱核四級(jí)共振。利用共振吸收頻率隨溫度升高而減少的特性制成的溫度計(jì),稱為核四級(jí)共振溫度計(jì)。該溫度計(jì)可以作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)或高精度實(shí)用溫度計(jì)。

      NQR溫度計(jì)的特性

      高準(zhǔn)確度、高分辨率 準(zhǔn)確度可達(dá)±0.005K;共振吸收頻率與溫度的相關(guān)性好,在室溫附近為5kHz/K,分辨率達(dá)1mK。

      不需要分度 溫度與吸收頻率的關(guān)系,只取決于KCIO3的結(jié)構(gòu),從根本上保證良好的重現(xiàn)性(在6Kz以下)。

      互換性好 在水三相點(diǎn)其互換性為±10Hz,性能極其優(yōu)越。

      輸出為頻率信號(hào),容易保護(hù)高精度 可利用標(biāo)準(zhǔn)電波、電視信號(hào)等作高精度的基準(zhǔn)信號(hào),便于數(shù)字化處理。

      溫度范圍廣 對(duì)于高精度測(cè)量適用于室溫至低溫范圍。

      從檢測(cè)微弱的吸收信號(hào)直到轉(zhuǎn)換成溫度,可全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

      熱噪聲溫度計(jì)

      由于電子的熱運(yùn)動(dòng),可在電阻的兩端產(chǎn)生由熱噪聲引起的電位起伏。這種熱噪聲又稱約翰遜噪聲,熱噪聲電壓與溫度之間存在確定關(guān)系。利用熱噪聲電壓與溫度的相互關(guān)系,可制成熱噪聲溫度計(jì)。熱噪聲溫度計(jì)具有如下特性:不需要分度;與傳感器材料無(wú)關(guān),不受壓力影響;傳感器的阻值幾乎不影響測(cè)量精度;測(cè)溫范圍廣(4-1400K)。

      因此,熱噪聲溫度計(jì)可望成為一種理想的測(cè)溫方式。然而,熱噪聲溫度計(jì)產(chǎn)生的電壓信號(hào)小,信號(hào)處理困難,操作也復(fù)雜,至今仍未實(shí)用化。

      半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器

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