几种常用温度传感器的原理及发展ThePrineipleofSomoneTemperatuanreTransdueneerinCommUsedDeveloPmt宁伟山东莱芜钢铁集团有限公司(山东莱芜27n04)马净李晓光[摘要]本文介绍了几种常用温度传感器的原理论述了智能温度传感器的现状及发展趋势【关键词]传感器敏感元件智能化Abstraet:veolhTeisPaperiodrutneeshtePrineiPleofsomeelllPeraturettrsucerndaDiscusshteacutalityndadePmeinofthntelliigentizetomPeratllretransduntelliIgeerKeywords:TransdueerSensorentize种方法将会产生很大的误差月J舀l非接触测温的测温元件与被测对象互不接触常温度传感器器之首(l)使用范围广数量多居各种传感3用的是辐射热交换原理此种测温方法的主要特点是温度传感器的发展大致经历了以下个阶段;可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对传统的分立式温度传感器(含敏感元件)主象也可测温度场的温度分布但受环境的影响比较大331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/控制器温度传感器的发展传统的分立式温度传感器(3)智能温度传感器目前国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式的方向发展2集成化向智能化及网络化热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器—热电偶传感器它与被测对象直接接触不受中间介质的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影响具有较高的精确度;测量范围广可从一50一160℃进行连续测量测到.23321特殊的热电偶如金铁一镍铬280℃最低可一269℃钨一徕最高可达为两大类:一类是接触式温度传感器一类是非接触C)温度传感器集成(I式温度传感器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接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良因好的热接触通过热传导及对流原理达到热平衡这此亦称硅传感器或单片集成温度传感器度传感器是在20世纪80年代问世的器集成在一个芯片上出等功能模拟集成温时的示值即为被测对象的温度较高这种测温方法精度比它将温度传感并可测量物体内部的温度分布但对于运动的可完成温度测量及模拟信号输热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象这《中国仪器仪表》20046模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅单次转换模式连续转换模式待机模式有的还增测量温度)测温误差小价格低响应速度快传输加了低温极限扩展模式操作非常简便对某些智能距离远体积小微功耗等适合远距离测温不需温度传感器而言主机(外部微处理器或单片机)还要进行非线性校准外围电路简单可通过相应的寄存器来设定其刀D转换速率(典型产32.2智能温度传感器品为MAX66)分辨力及最大转换时间(典型产品为智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20DS1624)世纪90年代中期问世的它是微计算机技33电子技术3总线技术的标准化与规范化术和自动测试技术(ATE)的结晶目前国际上已开智能温度传感器的总线技术也实现了标准化规发出多种智能温度传感器系列产品智能温度传感器范化所采用总线主要有单线(1一Wrie)总线I℃总内部包含温度传感器A/D转换器信号处理器存储线SMBus总线和SIP总线温度传感器作为从机可通器(或寄存器)和接口电路有的产品还带多路选择过专用总线接口与主机进行通信器央)随机存取存储器(RAM)和3控制器(CPU3中4可靠性及安全性设计只读存储器(ROM)A用转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控术其噪声容限低抑制混叠噪声及量化噪声的能力制量适配各种微控制器(MCU)并且可通过软件来比较差新型智能温度传感器(例如TMPo3/204LM74实现测试功能其智能化取决于软件的开发水平LM83)普遍采用了高性能的艺一△式/AD转换器不仅能.33智能温度传感器发展的新趋势滤除量化噪声而且对外围元件的精度要求低;由于331提高测温精度和分辨力采用数字反馈方式因此比较器的失调电压及零点漂智能温度传感器采用的是8位A/D转换器其移都不会影响温度的转换精度这种智能温度传感器测温精度较低分辨力只能达到1℃目前国外已相兼有抑制串模干扰能力强分辨力高线性度好成继推出多种高速度高分辨力的智能温度传感器所本低等优点用的是9一12位A/D转换器分辨力一般可达为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片一些.05一.06025℃由美国DALLAS半导体公司新研制的智能温度传感器还增加了ESD保护电路一般可承受DS1624型高分辨力智能温度传感器能输出13位二进0100~400OV的静电放电电压通常是将人体等效于由制数据其分辨力高达.003215℃测温精度为士.02℃or即F电容12k。电阻串联而成的电路模型当人体放为了提高多通道智能温度传感器的转换速率也有的电时TCN75型智能温度传感器的串行接口端中断/芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器以AD7817型5比较器信号输出端和地址输人端均可承受100V的静通道智能温度传感器为例它对本地传感器每一路电放电电压远程传感器的转换时间仅为27协S9林s最新开发的智能温度传感器还增加了传感器故障332增加测试功能检测功能能自动检测外部晶体管温度传感器(亦称温度传感器的测试功能也在不断增强例如Ds1629远程传感器)的开路或短路故障MAX66还具有选型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC)择寄存阻抗抵消”(PraasitiCResistaneeeaneelltaion使其功能更加完善DS12还增加了存储功能利用缩写为PRC)模式能抵消远程传感器引线阻抗所引芯片内部265字节的EZPROM存储器可存储用户的起的测温误差即使引线阻抗达到0100也不会影响短信息另外智能温度传感器正从单通道向多通道测量精度远程传感器引线可采用普通双绞线或者带的方向发展这为研制和开发多路温度测控系统创造屏蔽层的双绞线了良好条件335虚拟温度传感器和网络温度传感器传感器都具有多种工作模式可供选择主要包括(下转第46页)《中国仪器仪表》20046.(2)运行初期和中期故障调试后进入正常生产阶段的故障特征是:插头松阵.“向向动或接触不良造成信号时有时无管壁内进人杂质脏物导致某些元件工作不稳定线性关系被破坏表现为位置忽大忽小CGK极不稳定一般到运行中期系统元件/组件处于最佳运行工作状态AEI故障率较低托钢位置;B缓慢上升位缓慢放钢位;;上升位置;DHL缓慢前进位置缓慢下降位;起始位置;前进位置下降位;;F放钢位;(3)运行后期故障J缓慢后退位;后退位;位置传感器运行一段时间后各类元件/组件因为工作频率和负载条件的差异易损件先后磨损超差这行步距和设定步距3个阶段的故障特征是位置反馈接触不良定位精度差稳定性下降效率显著降低故障率逐渐增加这时日常维护中常见故障(l)调试阶段故障应注意全面检查的下决心投资更换有关失效部件应科学严格予以全面修复否则可能给运行人员新位置传感器的故障问题比较复杂计其特征是设带来很多的麻烦甚至严重影响位置的正常调节和控制(4)制造安装以及管理等质量问题交织一起常见改善位置传感器的工作环境和使用条件的故障有安装松动初设计欠妥达不到要求位置难以调整稳定也有属于当位置传感器的可靠性和寿命与使用情况环境条件所处的在维护部件选择不当动作不平稳定位精度人员知识等因素有着直接的关系对待这类故障应该耐心细致慎重处理与管理上应改善其工作环境与使用条件使之延长寿逐一排除命2(上接第页)(2)提高测量精度:随着电子技术的发展信号虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台并通过软件开发而成的校准处理仪表的精度有了很大的提高(3)利用软件可完成传感器的标定及扩大测温对象:随着工业和人们日常生活要以实现最佳性能指标最近B&K公司已开发求的提高现在已由点测量发展到线满足特殊需要面测量出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器(4)发展新产品:在温度测量中其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘定的有关数据除了进一步扩展与完善管缆热电偶热电阻以及晶软盘上存储着对该传感器进行标体管测温元件快速高灵敏度的普通热电偶外根据使用时传感器通过数据采集器接至被测对象的环境还提出了许多特殊的要求如防硫计算机首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查4防爆耐磨的热电偶钢水连续测温火焰温度测量等(5)显示数字化:然后自动完成对传感器的检温度仪表不但具有读数直观无传感器参数的读取传感器设置和记录工作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总结随着工业生产效率的不断提高(6)检定自动化:由于温度校验装置将直接影响自动化水平与范温度仪表质量的提高我国已研制出用微型机控制的围的不断扩大对温度传感器的要求也越来越高:主热电偶校验装置1要有以下几个方面(l)参考文献:扩展测温范围随着工业的发展对超高温潘新民微型计算机与传感器技术protoeo超低温的测量要求越来越迫切2Thel曲pWorlhttp:刀M碑叨wWorldipforg20《中国仪器仪表》.
