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温度传感器的进展应用

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。

1 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。光纤温度传感器是一种将被测温度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。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。

2 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Continuous Thermocouple)或寻热式热电偶(Heating Seeking Thermocouple)。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。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。

3 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。

4 声学温度计

声学测温技术具有测温原理简单、非接触、测温范围宽(0-1900℃)、可在线测量等优点,现已应用于发电厂、垃圾焚烧炉、水泥回转窑等工业过程的温度测量和控制。

利用测量超声波在气体中传播速度因温度不同而变化的温度计称为超声波温度计。用超声波测量气体温度具有响应速度快、不受外壁热辐射影响等优点。测量对象十分广泛,从滚梯上方气体的平均温度,到内燃机混合气体爆炸燃烧时的温度测量等。利用声波在固体中传播速度,随温度而变化的温度计称为固体超声波温度计。由于声波在固体中传播时,声速的灵敏度随温度的升高而增大,因此,这种温度计更适用于高温测量。

5 核四级共振温度计 (NQR温度计)

核磁共振是原子核系统的磁共振。具有核自旋的物质处于静磁场中,当在静磁场垂直方向加电磁波时,将对某频率的电磁波产生吸收现象即为核磁共振。氯酸钾KCIO3晶体中核自旋具有电四极矩的CI35原子核,在轴对称电场梯度中,自旋产生能级跃迁,出现吸收电磁波的现象,称核四级共振。利用共振吸收频率随温度升高而减少的特性制成的温度计,称为核四级共振温度计。该温度计可以作为标准温度计或高精度实用温度计。

6 热噪声温度计

由于电子的热运动,可在电阻的两端产生由热噪声引起的电位起伏。这种热噪声又称约翰逊噪声,热噪声电压与温度之间存在确定关系。利用热噪声电压与温度的相互关系,可制成热噪声温度计。热噪声温度计具有如下特性:不需要分度;与传感器材料无关,不受压力影响;传感器的阻值几乎不影响测量精度;测温范围广(4-1400K)。因此,热噪声温度计可望成为一种理想的测温方式。然而,热噪声温度计产生的电压信号小,信号处理困难,操作也复杂,至今仍未实用化。

7 半导体集成电路温度传感器

众所周知,晶体管的基极—发射极的正向压降随着温度的升高而减少。利用P-N结的这一固有特性,可制成温度传感器。AD590集成电路温度传感器就是典型的一种,DS1820则是最新的发展。

8 CRH动车组轴温传感器的改进建议

温度传感器检测监控在我国自主研制的CRH系列动车组上有着广泛和重要的应用,其中轴温监测技术较为成熟,在国内外都普遍运用。动车组轴温检测数据直接接入列车微机控制系统,一旦任何一个通道的轴温监测数据超过警戒限度,动车组主控微机立即报警,必要时自动采取停车保护措施,以防止车轴热轴、热切事故的发生。现以CRH1A型动车组为例,根据三年来运用经验,提出一点改进建议:

动车组轴温传感器采用接触式传感器,通过螺纹安装方式固定在轴箱体底部安装孔内,监测轴箱温度。由于传感器工作环境恶劣导致传感器故障高发,一类故障为频繁机械振动导致了传感器触头的机械损坏和车体底部分线盒内传感器线缆接线头的松动导致接触不良,同时传感器线缆从车轴轴箱到车体底部采用悬挂安装,线缆在动车组运行过程中处于摇晃状态,与车体和转向架部件会产生抗磨;另一类故障为接线盒密封不良进水导致电路短路。由于车轴温度直接关系行车安全,一旦传感器发生故障就需要及时停车对车轴温度进行判断确认,频繁的传感器故障影响了动车组的正常运输。鉴于轴温传感器的温度精度要求并不高,工况环境恶劣,而对其稳定性和可靠性要求较高的特点,建议将传感器改型为非接触式红外线温度传感器,传感器可垂直朝下安装于正对轴箱体的车体底部(点温部位为轴箱体正上方),传感器可安装防护套以防止运行中外物击打和雨水淋湿,该方式可有效减少接触式传感器固有安装形式带来难以避免的机械和电气损坏故障,提高稳定性和可靠性。

9 结束语

随着工业生产效率的不断提高,自动化水平与范围的不断扩大,对温度传感器的要求也越来越高,归纳起来有以下几个方面:

( l )测温范围的扩大:目前工业常用的测温范围为- 200℃~ 3000℃,随着工业的发展,超高温、超低温的测定要求越来越迫切,例如宇宙火箭技术需要测定数千度的高温。。

 (2)提高测量精度:随着电子技术的发展,信号处理仪的精度大幅度提高,特别是通过使用微型计算机,信号的处理精度提高。

 (3)测温对象的扩大:随着工业和人们日常生活的要求的提高,现在正从点测量发展到线面测量。环境保护、家电产品需要各种测温计。

  (4)开发新产品,满足特殊需求:在温度测量中,除了进一步完善管电缆热电偶、热电阻及晶体管测温元件、高速高灵敏度的普通热电偶外,还根据被测量对象的环境提出了许多特殊要求。防硫、防爆、耐磨损性热电偶、钢水连续测温、火焰温度测定等。

 (5)显示数字化:温度计不仅具有易读、无误差、分辨率高、测量误差小的特点,而且对温度计的智能化也很方便。

(6)检定自动化:由于温度校验装置将直接影响温度仪表质量的提高,值得在这方面花大力气进行研究。目前我国已研制出用微型机控制的热电偶校验装置。

我们期待这这些温度传感器新技术的发展能更多的运用于动车组上,进一步提高设备装备水平,创出世界一流的高速动车组品牌。

都睿感控科技公司设计开发的传感器,包括霍尔传感器等各类型,满足客户的需求。

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