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幾種無線測溫傳感器測溫原理分析(聲表面波等)

發布時間:2014年12月24日

傳感器測溫原理 聲表面波 無源無線 有源無線 熱敏原件

  無線測溫系統在電力系統開關柜中投入應用已有多年,而在這幾年間,陸續出現了多種類型的無線溫度傳感器。對于究竟哪一種傳感器更適合開關柜內部使用并未有一個明確標準。在此,我們對現今常見的無線溫度傳感器依據測溫原理進行分類以及對各種類型的特點進行一次客觀的闡述。
  依據測溫的原理,應用于開關柜無線測溫的無線溫度傳感器主要可分為四類。一類是利用熱敏電阻的溫度特性接觸式測溫的傳感器;第二類是利用半導體材料(PN結)的溫度特性,接觸式測溫的傳感器;第三類是利用紅外熱輻射技術,傳感器采用紅外探頭,非接觸式測溫;第四類是利用壓電晶體,采用聲表面波技術無源接觸式測溫的傳感器

a.熱敏電阻

熱敏電阻利用熱敏電阻測溫的傳感器,其原理是熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而改變,通過阻值的大小來反映溫度。這種傳感器其優點是靈敏度高(因為熱敏電阻的電阻溫度系數大,阻值隨溫度改變的變化明顯)。缺點是由于熱敏電阻阻值與溫度的線性關系較差,直接測量的精度低,必須通過運算補償才能得到較準確的測量值。電阻元件易老化,使用壽命短,精度及穩定性隨使用變差。其無線是體現在通訊方式上,通過傳感器內部的A/D轉換,將數字信號無線發送出。

b.PN結

采用PN結作為測溫元件的無線溫度傳感器,其原理是PN結的壓降隨溫度的變化而改變,施加恒定電流,通過輸出電壓的大小來反映溫度。其壓降與溫度的關系幾乎為線性,精度高,但靈敏度相對熱敏電阻要低,反應時間比熱敏電阻長。半導體元件不易老化,使用壽命較長,可靠性高。其無線同樣是體現在通訊方式上。

c.紅外熱輻射

紅外傳感器采用紅外技術的無線溫度傳感器,測溫原理與常見的紅外點溫槍基本類似——任何高于絕對零度的物體都在發射出輻射能,輻射能的強度與物體溫度有著密切關系,傳感器探測物體發出的紅外輻射,將輻射能轉變為電信號,通過校準運算最終得到被測物體表面的溫度。數據進一步通過傳輸模塊無線發射出。紅外傳感器測溫反應靈敏度極高,測溫范圍遠大于其他幾種,且非接觸式測溫使得探頭使用壽命更長,對被測點無影響。但紅外測溫對空間要求較高,探頭與被測表面必須無任何阻擋,且探頭與被測表面間距受傳感器距離比率(D:S)的限制,安裝部位的選擇不易。
以上三類無線溫度傳感器都需要電源模塊供電(電池或感應取電,本文不對供電方式作討論或比較)。


d.聲表面波

基于聲表面波的無線溫度傳感器則與其他類別有較大區別。首先,其最大的特點就是傳感器本身不需要電源;其次,其無線并不是僅僅體現在通訊方式上,同時也體現在測溫原理上。聲表面波無線溫度傳感器是由天線、叉指換能器、反射柵以及壓電基片組成,與其他傳感器截然不同。其測溫的原理是,傳播在壓電基片表面的聲表面波,其波長和波速會隨基片表面或內部相關因素(包括溫度)的改變而變化。由對應的接收器發出無線激勵信號,信號輸入傳感器的壓電基片激起聲表面波,不同溫度下,傳感器輸出不同的信號,信號再由接收器接收,經過調解獲取溫度值。聲表面波傳感器體積小,不需要電源,傳感器成本低是其主要的優勢。但正由于無源,傳感器需要接收采集器發出的激勵信號,這種激勵信號的有效無線傳輸距離很短;另一方面,由于被測設備的震動產生位移,導致聲表面波的相位等發生變化,測溫的精度有所下降。

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