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几种无线测温传感器测温原理分析(声表面波等)

发布时间:2014年12月24日

传感器测温原理 声表面波 无源无线 有源无线 热敏原件

  无线测温系统在电力系统开关柜中投入应用已有多年,而在这几年间,陆续出现了多种类型的无线温度传感器。对于究竟哪一种传感器更适合开关柜内部使用并未有一个明确标准。在此,我们对现今常见的无线温度传感器依据测温原理进行分类以及对各种类型的特点进行一次客观的阐述。
  依据测温的原理,应用于开关柜无线测温的无线温度传感器主要可分为四类。一类是利用热敏电阻的温度特性接触式测温的传感器;第二类是利用半导体材料(PN结)的温度特性,接触式测温的传感器;第三类是利用红外热辐射技术,传感器采用红外探头,非接触式测温;第四类是利用压电晶体,采用声表面波技术无源接触式测温的传感器

a.热敏电阻

热敏电阻利用热敏电阻测温的传感器,其原理是热敏电阻的阻值会随温度的变化而改变,通过阻值的大小来反映温度。这种传感器其优点是灵敏度高(因为热敏电阻的电阻温度系数大,阻值随温度改变的变化明显)。缺点是由于热敏电阻阻值与温度的线性关系较差,直接测量的精度低,必须通过运算补偿才能得到较准确的测量值。电阻元件易老化,使用寿命短,精度及稳定性随使用变差。其无线是体现在通讯方式上,通过传感器内部的A/D转换,将数字信号无线发送出。

b.PN结

采用PN结作为测温元件的无线温度传感器,其原理是PN结的压降随温度的变化而改变,施加恒定电流,通过输出电压的大小来反映温度。其压降与温度的关系几乎为线性,精度高,但灵敏度相对热敏电阻要低,反应时间比热敏电阻长。半导体元件不易老化,使用寿命较长,可靠性高其无线同样是体现在通讯方式上

c.红外热辐射

红外传感器采用红外技术的无线温度传感器,测温原理与常见的红外点温枪基本类似——任何高于绝对零度的物体都在发射出辐射能,辐射能的强度与物体温度有着密切关系,传感器探测物体发出的红外辐射,将辐射能转变为电信号,通过校准运算最终得到被测物体表面的温度。数据进一步通过传输模块无线发射出。红外传感器测温反应灵敏度极高,测温范围远大于其他几种,且非接触式测温使得探头使用寿命更长,对被测点无影响。但红外测温对空间要求较高,探头与被测表面必须无任何阻挡,且探头与被测表面间距受传感器距离比率(D:S)的限制,安装部位的选择不易。
以上三类无线温度传感器都需要电源模块供电(电池或感应取电,本文不对供电方式作讨论或比较)。


d.声表面波

基于声表面波的无线温度传感器则与其他类别有较大区别。首先,其最大的特点就是传感器本身不需要电源;其次,其无线并不是仅仅体现在通讯方式上,同时也体现在测温原理上。声表面波无线温度传感器是由天线、叉指换能器、反射栅以及压电基片组成,与其他传感器截然不同。其测温的原理是,传播在压电基片表面的声表面波,其波长和波速会随基片表面或内部相关因素(包括温度)的改变而变化。由对应的接收器发出无线激励信号,信号输入传感器的压电基片激起声表面波,不同温度下,传感器输出不同的信号,信号再由接收器接收,经过调解获取温度值。声表面波传感器体积小,不需要电源,传感器成本低是其主要的优势。但正由于无源,传感器需要接收采集器发出的激励信号,这种激励信号的有效无线传输距离很短;另一方面,由于被测设备的震动产生位移,导致声表面波的相位等发生变化,测温的精度有所下降

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