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    幾種無線測溫傳感器測溫原理分析

    閱讀:2009        發(fā)布時間:2021/4/2
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      無線測溫系統(tǒng)在電力系統(tǒng)開關柜中投入應用已有多年,而在這幾年間,陸續(xù)出現(xiàn)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(nèi)部使用并未有一個明確標準。在此,我們對現(xiàn)今常見的無線溫度傳感器依據(jù)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(jù)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(jié))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(yōu)點是靈敏度高(因為熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)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(wěn)定性隨使用變差。其無線是體現(xiàn)在通訊方式上,通過傳感器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換,將數(shù)字信號無線發(fā)送出。
      
      b.PN結(jié)
      
      采用PN結(jié)作為測溫元件的無線溫度傳感器,其原理是PN結(jié)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(xiàn)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——任何高于零度的物體都在發(fā)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(fā)出的紅外輻射,將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^校準運算zui終得到被測物體表面的溫度。數(shù)據(jù)進一步通過傳輸模塊無線發(fā)射出。紅外傳感器測溫反應靈敏度*,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(qū)別。首先,其zui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(xiàn)在通訊方式上,同時也體現(xiàn)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(nèi)部相關因素(包括溫度)的改變而變化。由對應的接收器發(fā)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(jīng)過調(diào)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(yōu)勢。但正由于無源,傳感器需要接收采集器發(fā)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(chǎn)生位移,導致聲表面波的相位等發(fā)生變化,測溫的精度有所下降。

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