唐杉林

(無錫市計量檢定測試中心）

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溫度傳感器與溫度的測量

唐杉林

(無錫市計量檢定測試中心）

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于溫度測量的需求也由靜態(tài)的測量逐漸向動態(tài)的測量傾斜。所以，當(dāng)今研究人員的研究方向就自然更多地側(cè)重于溫度傳感器的動態(tài)特性，這種方式能夠最大程度的改變溫度傳感器的性能，對于測量溫度方面也是一種巨大的改變。本文對于改善溫度傳感器的特性的方法進(jìn)行分析，然后提出了軟測量的方式的可行性分析，為擴(kuò)大溫度傳感器的使用范圍以及節(jié)約成本和提高性能有著十分重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；動態(tài)特性；溫度測量

0　引言

溫度是關(guān)于物體冷熱的一種物理上的變量，在日常的生產(chǎn)生活中經(jīng)常會碰見關(guān)于溫度的測量與控制的問題，尤其是當(dāng)溫度在極短的時間內(nèi)快速的變化的時候?qū)y量就有很高的要求，這對溫度傳感器也就提出了更高的要求，溫度傳感器的動態(tài)特征也就成為了研究的重點(diǎn)方向。

動態(tài)特征具體指的是溫度傳感器中輸出溫度增加的量和被測量的溫度增加的量之間的一種函數(shù)關(guān)系，如果輸入溫度與輸出溫度之間的變化相同的話則是最為理想化的溫度傳感器的體現(xiàn)。但是在實(shí)際的測量過程中這是不可能的，所以要盡量減小這種差距，使得被測量的溫度隨著短暫時間的快速變化能夠被最真實(shí)的測量出來。

1　溫度傳感器的改進(jìn)方法分析

世界各國對于改進(jìn)溫度傳感器的動態(tài)特性的方法都十分重視，因?yàn)槿绻麥囟葌鞲衅髟趧討B(tài)的響應(yīng)方面做得不夠充分，就不可能得到被測溫度的真實(shí)數(shù)據(jù)和變化。所以必須要對這種動態(tài)特性的改進(jìn)方法進(jìn)行研究。

1.1在結(jié)構(gòu)參數(shù)上的改變

這種方法在具體的實(shí)踐中指的就是通過縮小溫度傳感器的體型以及各種測量溫度的元件的規(guī)模，使得溫度傳感器能夠有更好的動態(tài)特性。例如，薄膜溫度傳感器的出現(xiàn)就是很好的實(shí)例，這種傳感器最大的特點(diǎn)就是熱接點(diǎn)的厚度一般只有幾微米，所以其具有靈敏度很高、反應(yīng)時間較短的特性，對于物體的溫度瞬間變化的測量起到了很好的效果得到了廣泛的應(yīng)用。這種薄膜溫度傳感器最初是由德國人最先研制出來的，后來又經(jīng)過不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新。我們國內(nèi)相關(guān)的研究人員也研究出了相應(yīng)的薄膜傳感器，但是在使用范圍擴(kuò)大的過程中發(fā)現(xiàn)，薄膜溫度傳感器不能夠得到普遍的使用，只能夠在一些特定的場合下才可以使用。此外還存在著成本過于高昂、使用年限短的缺點(diǎn)等等。

1.2不同的溫度敏感元件的選用

溫度敏感元件根據(jù)不同的測量溫度的方法可以分為接觸式與非接觸式的兩種，但是非接觸式的溫度敏感元件還是得到了更為廣泛的應(yīng)用，因?yàn)闇囟让舾性粫c被測量溫度的對象直接接觸，所以不僅不會對原有的溫度進(jìn)行破壞還可以測量更加高的溫度，此外，還擁有檢測的時間段、檢測時的反應(yīng)速度快等等的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來非接觸式的溫度傳感器得到了快速的發(fā)展，例如輻射溫度計以及光學(xué)溫度計等。但是，這種方式也是存在缺點(diǎn)的，在測試溫度與被測試的溫度之間差距很大的時候，由于不直接與被測物接觸所以很難進(jìn)行測量工作，同時非接觸式由于要利用其他先進(jìn)的科技花費(fèi)的成本自然也會較高。

1.3動態(tài)補(bǔ)償濾波器的選用

動態(tài)補(bǔ)償方法對于溫度傳感器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)工藝的改進(jìn)具有十分重要的意義，因?yàn)檫@種方式可以使得溫度傳感器獲得很好的動態(tài)特征，在具體的實(shí)踐中就通過動態(tài)補(bǔ)償濾波器的方式來實(shí)現(xiàn)，可以使用軟件構(gòu)成數(shù)字濾波器以及模擬電路的模擬濾波器，模擬濾波器的穩(wěn)定性通常不會很好，會存在有一定的誤差。數(shù)字濾波器首先需要進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，但是劍魔也會帶來一定的誤差與不確定性。隨意在涉及動態(tài)補(bǔ)償濾波器上也在進(jìn)行不斷的改進(jìn)和發(fā)展，提倡不進(jìn)行數(shù)學(xué)建模直接進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)補(bǔ)償法。

2　軟測量方法的研究

2.1原理的分析

軟測量技術(shù)就是選擇出一組與主導(dǎo)的變量有著密切的關(guān)系又會比較好測量的變量，這就是輔助變量。然后再找出主導(dǎo)變量與輔助變量之間的關(guān)系，用計算機(jī)對主導(dǎo)變量作出估算，這就是軟測量的模型。它的核心就是確定出容易測出的變量，然后構(gòu)建出軟測量的模型最后在對這種模型進(jìn)行計算的方法。溫度傳感器在進(jìn)行實(shí)際的測算過程中，感覺溫度處的溫度變化的速度相對較為緩慢，這也就是溫度傳感器的輸出溫度比較容易進(jìn)行測量。這種軟測量的方式就是由變化緩慢的溫度推算出相對變化較快的溫度，這種方式能夠很好地改善溫度傳感器的動態(tài)特性。

2.2軟測量方式的優(yōu)點(diǎn)

在傳統(tǒng)的方法中，如果測量的溫度比較高測量的溫度變化又很快的時候，溫度傳感器如果達(dá)不到指標(biāo)就會更換溫度傳感器。采用軟測量技術(shù)之后就可以改善溫度傳感器的動態(tài)特性，對于動態(tài)性能不達(dá)標(biāo)的溫度傳感器就不需要更換傳感器了，只需要記下溫度變化相對緩慢、容易測量的溫度數(shù)據(jù)就可以了。這種方式及簡化了測量的時間又極大地節(jié)約了成本，對于改善溫度傳感器的動態(tài)特性具有十分重要的意義，克服了上述的幾種改進(jìn)方法的不足，對于溫度的測量方面作出了很大的貢獻(xiàn)。

3　總結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展對于溫度的測量方法上面也作出了巨大的改進(jìn)，尤其是現(xiàn)在對于測量的溫度很高又在瞬間不斷變化的變量的時候，對溫度傳感器就提出了更高的要求。改善溫度傳感器的動態(tài)特性就成為了研究的重點(diǎn)方向，國內(nèi)外出現(xiàn)的幾種測量的方式都是存在著優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的，現(xiàn)在最新提出的軟測量方法就很好的解決了幾種方法的缺點(diǎn)又節(jié)約了成本，在未來可以進(jìn)行廣泛的研究和使用。

參考文獻(xiàn)

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Temperature sensor and temperature measurement

Tang Shanlin
(Wuxi measuring and Testing Center)

Abstract：With the continuous development of economy and science and technology,the demand for temperature measurement is gradually tilted from the static measurement to dynamic measurement.So the research direction of today's researchers naturally more focuses on the dynamic characteristics of the temperature sensor,in this way can the greatest degree of change of the temperature sensor performance,for temperature measurement is a huge change.In this paper to improve the characteristics of temperature sensor are analyzed,and then put forward the feasibility of soft measurement analysis, has the very important significance for expanding the use range of the temperature sensor and save the cost and improve the performance.

Keywords：temperature sensor;dynamic characteristics;temperature measurement