當(dāng)前溫度傳感器新發(fā)展.doc

溫度傳感器的新發(fā)展溫度是一個(gè)基本的物理現(xiàn)象，它是生產(chǎn)應(yīng)用中最普通、最重要的工藝參數(shù)，不管是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還是科學(xué)發(fā)展和國防現(xiàn)代化建設(shè)，都離不開溫度傳感器。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣泛的一類傳感器。從17世紀(jì)伽利略發(fā)明溫度計(jì)開始，人類開始利用溫度計(jì)進(jìn)行測量。真正把溫度變成信號的傳感器是1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。當(dāng)前溫度測量方面的最新發(fā)展如下經(jīng)過漫長的發(fā)展，主要的溫度傳感器，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計(jì)等方面的技術(shù)已經(jīng)成熟，但是這些技術(shù)只能應(yīng)用在傳統(tǒng)的場合，卻不能夠滿足許多高新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展要求，因此，各國都在努力開發(fā)各種新型溫度傳感器，以此來提高本國在高科技領(lǐng)域方面的研究能力。一、智能溫度傳感器的發(fā)展20世紀(jì)90年代中期，智能溫度傳感器（又稱數(shù)字溫度傳感器）問世。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動測試技術(shù)（ATE_）的結(jié)晶。目前，多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品已被開發(fā)出。智能溫度傳感器由溫度傳感器、A/D傳感器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路等部分組成。有些產(chǎn)品還包含多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能，其智能化取決于軟件的開發(fā)水平。應(yīng)用領(lǐng)域：傳感器作為一種獲取信息的重要工具，在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮了重大的作用。但隨著微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展以及測控系統(tǒng)自動化、智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器已與各種微處理器相結(jié)合，并連入網(wǎng)絡(luò)，形成了帶有信息檢測、信號處理、邏輯思維等一系列功能的智能溫度傳感器。二、光路遮斷型光纖溫度傳感器的最新發(fā)展原理：利用部分物質(zhì)吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸?shù)墓庾V了解實(shí)時(shí)溫度。這種傳感器利用溫度引起敏感元件的機(jī)械變化、磁和光學(xué)性質(zhì)變化在所定的溫度之上讓光通過，在所特定的溫度之下測遮斷光或溫度改變遮蔽板位置從而改變透射光強(qiáng)度來測溫，敏感材料一般有鐵氧體、石蠟、雙金屬片、水銀等。雙金屬片型因溫度而產(chǎn)生不同彎曲量，由此改變所傳輸?shù)墓饬?，這類傳感器已有產(chǎn)品出售，測溫范圍為1050，精度達(dá)到0.5，響應(yīng)時(shí)間3秒。開關(guān)型傳感器利用石蠟透射率因溫度而變化的特點(diǎn)控制光強(qiáng)，在石蠟熔點(diǎn)60以下時(shí)，入射光大部分散射掉熔點(diǎn)以上大部分透射，利用水銀遮光的開關(guān)型傳感器是兩個(gè)光纖之間有一個(gè)水銀溫度計(jì)，該傳感器測量精度高，可靠性好，但測量范圍較窄。三、半導(dǎo)體集成電路傳感器的發(fā)展 該傳感器主要有AT89S51，關(guān)于它的介紹如下：AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。四、數(shù)字式溫濕度傳感器的發(fā)展原理：就是能把溫度物理量和濕度物理量，通過溫、濕度敏感元件和相應(yīng)電路轉(zhuǎn)換成方便計(jì)算機(jī)、plc、智能儀表等數(shù)據(jù)采集設(shè)備直接讀取得數(shù)字量的傳感器。DHT21數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。主要特點(diǎn)：超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。 應(yīng)用領(lǐng)域:暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)品、氣象站等領(lǐng)域。五、超聲波溫度傳感器的發(fā)展如下原理：超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。主要應(yīng)用領(lǐng)域：超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。六、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測溫計(jì)自 1911 年荷蘭物理學(xué)家翁納斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以后，人們一直在為提高超導(dǎo)臨界溫度而努力，直到 1986 年，才有了極大的進(jìn)展，現(xiàn)在，臨界溫度已提高到 130K 左右。目前，塊狀超導(dǎo)體、高溫超導(dǎo)導(dǎo)線、大面積超導(dǎo)薄膜等超導(dǎo)材料在磁懸浮輸運(yùn)、強(qiáng)電、弱電等工程領(lǐng)域上的應(yīng)用已完成了前期實(shí)驗(yàn)階段，現(xiàn)已投入工程開發(fā)中。專家預(yù)測，二十年內(nèi)超導(dǎo)技術(shù)將在通訊、交通、軍事、電力等領(lǐng)域得到應(yīng)用。原理：通常把物體在一定溫度下電阻突然跌落到零的現(xiàn)象，稱為零電阻現(xiàn)象或超導(dǎo)現(xiàn)象，而把電阻突然變?yōu)榱愕臏囟确Q為臨界溫度，用 T C 表示。利用本實(shí)驗(yàn)裝置，可用逐點(diǎn)測量的方法得到高溫超導(dǎo)體的電阻轉(zhuǎn)變曲線，并可用標(biāo)準(zhǔn)的方法判斷零電阻現(xiàn)象是否實(shí)現(xiàn)。除了零電阻現(xiàn)象之外，超導(dǎo)體還具有另一個(gè)基本的特征邁斯納效應(yīng)（完全抗磁性），即不論在有或沒有外加磁場的情況下，使樣品從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)，只要 T T C ，在超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是等于零的。七、激光溫度傳感器的發(fā)展用脈沖激光加熱被校傳感器，表面產(chǎn)生一個(gè)快速升溫的變化溫度信號，用高速紅外探測器測得的溫度信號對被校傳感器進(jìn)行可溯源高溫動態(tài)校準(zhǔn)的新原理。由于前者的頻率響應(yīng)特性優(yōu)于后者，因此以前者的響應(yīng)作為真值來校準(zhǔn)后者并獲取系統(tǒng)誤差的修正值。用對CO2激光器輸出106m激光有良好響應(yīng)的碲鎘汞紅外探測器對高功率CO2激光器（美國相干公司K-500型）所激發(fā)的表面溫度上升時(shí)間進(jìn)行了測試（為72爐，美國相干公司提供的指標(biāo)為90s）。通過對2種熱電偶的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測試表明，該CO2激光器作為加熱熱源可以用來對亞毫秒量級、溫度達(dá)2000的瞬態(tài)表面溫度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測很高的溫度，精度為1。美國麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)8000，專門用于核聚變研究。瑞士Browa Borer研究中心用激光溫度傳感器可測幾千開(K)的高溫。八、輻射高溫計(jì)的發(fā)展WFT-202輻射高溫計(jì)是非接觸式簡易輻射測溫儀表它是根據(jù)物體的熱輻射效應(yīng)原理來測量物體表面溫度的它適用于冶金機(jī)械、硅酸鹽及化學(xué)工業(yè)部門中連續(xù)測量各種熔爐、高溫窖、鹽浴池等場合的溫度以及用于其它不適宜裝置熱電偶的地方配合適當(dāng)?shù)娘@示儀表可以指示、記錄自動調(diào)節(jié)被測溫度。 儀表為固定安裝式感溫器可在1080的環(huán)境下使用在環(huán)境溫度超過80或空氣介質(zhì)中含有水蒸汽煙霧時(shí)可借助于水冷通風(fēng)等輔助裝置來降低環(huán)境溫度吹凈測量通道中的煙氣以減少測量誤差。 感溫器輔助裝置分輕型和重型兩種。重型是使用在環(huán)境較惡劣的情況下為了防止被測爐窯中的火焰或高溫爐氣從測量通道噴出而灼傷儀器設(shè)置了火焰防爐裝置能在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)自動動作保護(hù)儀器并發(fā)出報(bào)警信號。并符合JB/T2167-1999標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)【1】 傳感器 （第4版）(普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材)唐文彥 機(jī)械工業(yè)出版【2】 普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材傳感器原理及應(yīng)用（第三版）（王化祥） 天津大學(xué)出版社【3】 光電傳感器應(yīng)用技術(shù)