基于数字温度传感器的热电偶冷端补偿研究

介绍热电偶的工作原理和冷端温度补偿,对比分析不同数字温度传感器的工作原理和特点,提出基于数字温度传感器实现热电偶冷端补偿的方法,解决了热电偶测温存在冷端温度变化大、测量数据非线性难处理、测量信号微弱及数字化输出须转换等问题,提高了测量准确度,简化了温度补偿电路。

基于改进型灰狼算法的热电偶温度传感器检定校准方法

当前热电偶温度传感器检定校准模型一般为独立测算结构,校准的整体效率较低,导致检定校准示值误差增大,为此,提出基于改进型灰狼算法的热电偶温度传感器检定校准方法。通过引入改进型灰狼算法,有效提高热电偶测量效率及测量准确度,并减小了扩展不确定度。根据校准需求,先设定温度传感数据采集及检定校准标准,采用多阶的方式,提升校准的整体效率,构建多阶改进型灰狼测算检定校准模型,采用自适应比对修正的方式来实现校准处理。测试结果表明:针对设定的20~1200℃,经过三个周期的测定,最终得出的检定校准示值误差均值小于1.59℃,说明在改进型灰狼算法的辅助下,所设计的热电偶温度传感器检定校准方法更高效,针对性较强,具有实际应用价值。

基于超材料吸波结构的MEMS热电堆红外温度传感器设计

提出了一种基于超材料吸波结构的MEMS热电堆红外温度传感器,避免了使用特殊的滤光片进行封装,从而降低了传感器的体积。在设计上,采用超材料吸波结构将待测目标辐射的红外光选择性吸收,并将光能转化为热。通过利用时域有限差分方法研究了超材料吸波结构的结构参数与红外吸收光谱和吸收率之间的关系,并优化出用于检测人体红外辐射的超材料吸波结构尺寸。结果表明,当红外光波长范围为9.5μm~10.5μm时,该传感器的红外吸收率优于0.38,其中在波长为9.989μm处出现红外吸收峰,其最大吸收值为0.997。由超材料吸波结构产生的热量传递到其下方的热电堆,通过多物理场仿真可得热电堆的热端和冷端的温差为0.046 K,进而转化为输出电压,从而验证了整体设计的有效性。

基于碲化铋基柔性热电器件的自取能温度传感器结构设计及性能研究

本工作以开关柜触头这一易发热设备为研究对象,选取碲化铋基柔性热电器件构建自取能温度传感器。将柔性热电技术与无线传感技术相结合,开发适应电力设备运行特性的自取能可塑型温度传感材料器件,同时实现就地自取能和电网设备运行状态温度参数在线感知。利用COMSOL有限元软件系统研究了环境(温度和对流换热系数)、器件拓扑结构(高度和填充率)、界面接触电阻/热阻等因素对碲化铋基柔性热电器件输出性能的影响。模拟结果表明,在热端温度为308.15 K、环境温度为288.15 K、对流换热系数为5 W/(m^(2)·K)的边界条件下,热电臂高度2 mm和填充率15%的热电器件能够达到最大输出电压95 mV、最大输出功率0.83 mW,满足无线通信模块传输电压信号的用电需求。通过本研究工作发现,降低环境温度,增加对流换热系数,优化热电臂高度或填充率,或降低界面接触电阻/热阻有利于提高热电器件的开路电压和输出功率。

主变冷却器系统铂热电阻温度传感器应用分析及故障对策探讨

本文通过研究铂热电阻温度传感器(PT100)测温原理,统计分析某水电厂主变冷却器系统铂热电阻温度传感器运行数据及运行工况,总结提炼出铂热电阻温度传感器测量不准确的原因,针对存在的问题,提出相应对策。

新生儿重症监护病房心电监护仪内置温度传感器测量部位及测量时间的探讨

目的通过应用心电监护仪内置温度传感器在不同时间和部位测量新生儿的皮肤温度,并与水银体温计测量的腋温进行比较,探讨心电监护仪内置温度传感器测量新生儿皮肤温度替代水银体温计测量腋下温度的可行性。方法选取2019年11月至2020年5月于首都医科大学附属北京友谊医院新生儿重症监护病房(NICU)住院的新生儿,采用自身对照的方法,用心电监护仪内置温度传感器在其背部和腰部分别进行1~5 min的皮肤温度测量,并与水银体温计腋下测量5 min的结果进行比较。结果共纳入146例新生儿。其中99例新生儿应用心电监护仪内置温度传感器进行了背部皮肤温度测量,自身比较结果显示,心电监护仪内置温度传感器测量背部1 min和2 min的结果低于水银体温计腋下测量5 min,差异有统计学意义(P<0.05),而心电监护仪内置传感器测量背部3、4、5 min的结果与水银体温计腋下测量5 min的结果比较差异无统计学意义(P>0.05)。47例新生儿应用心电监护仪内置温度传感器进行了腰部皮肤温度测量,自身比较结果显示,心电监护仪内置温度传感器测量腰部1~5 min的结果与水银体温计腋下测量5 min的结果比较差异均无统计学意义(P>0.05)。结论可采用心电监护仪内置温度传感器测量新生儿背部及腰部皮肤的温度来替代水银体温计测量腋下的温度,如果选用背部测量皮肤温度建议测量时间不短于3 min。

温度传感器动态响应校准恒温恒速水槽研究

动态响应是安全重要场合温度传感器的关键性能,恒温恒速水槽是温度传感器水流环境动态响应校准的核心设备。针对典型环形旋转水槽升温慢的问题,研制了基于精密滑环的电加热环形旋转水槽,开展了温场性能和流场性能测试,并与现有射流旋转水槽温度传感器动态响应校准装置的结果进行了比较。结果表明,新研制的基于精密滑环的电加热环形旋转水槽升温时间缩短,温度波动度显著小于温度阶跃量的±1.0%,竖直方向流速均匀度显著优于10%的要求。对铠装热电阻和热电偶时间常数进行了测量,与现有装置测量结果的偏差分别为4.1%和7.5%,满足工程应用要求,为温度传感器动态响应校准提供了良好的恒温恒速环境条件。

基于温度传感器的通信电源热管理策略研究

文章概述温度传感器的发展现状,分析通信电源热管理当前面临的挑战与需求。通过比较不同类型温度传感器的性能,优化传感器的选择与布局设计,并构建高效的数据采集与处理系统。详细阐述通信电源热管理系统的架构设计、监测预警机制及热管理策略的制定,提出热管理策略的具体实施步骤,强调软硬件协同工作的重要性,并讨论系统的维护与调整方法。

基于BJT特性的数字温度传感器发展现状及趋势

随着工业物联网趋向数字化、智能化和集成化发展,控制系统需要感知的物理量规模和复杂度都迅速提升。其中数字温度传感器能直接将温度信息转换为数字信号,具有低成本、低功耗、面积小、数字输出等多种优点,可以实时监测系统温度数据,并与反馈机制协同进行反馈调节,目前已经得到广泛应用。在各类数字温度传感器中,基于CMOS工艺寄生三极管(BJT)感温的数字温度传感器在制造工艺上更容易实现,且具有高稳定性和高精度,是工业界产品首选方案。聚焦基于BJT特性实现感温的数字温度传感器,从学术研究成果、工业产品两方面总结其技术路线、发展现状和趋势,为后续温度传感器研究提供参考。

基于磁控溅射的Pt/PtRh高温薄膜热电偶传感器集成工艺

Pt/PtRh为高温薄膜热电偶敏感材料,Al_(2)O_(3)和SiO_(2)为复合绝缘层材料,采用磁控溅射法成功制备Pt/PtRh薄膜热电偶及Al_(2)O_(3)/SiO_(2)复合型上下绝缘层,并通过掩膜-沉积法实现薄膜热电偶图案化制备。结果表明:制备的复合绝缘层Al_(2)O_(3)/SiO_(2)能够有效保证高温薄膜热电偶传感器在1200℃高温下的绝缘性和化学稳定性。Pt/PtRh热电偶阵列精度达到200μm,可在1200℃下稳定工作超过2200 min,经过4000 min升降温循环测试后,热电偶输出热电动势偏差小于1%。热电偶传感器整体厚度小于20μm,集成于合金与热障涂层之间的热电偶在高温服役环境下可稳定工作并测量合金表面温度。多层结构的样件在服役测试中无分层、脱落现象,热电偶稳定输出信号。

基于荧光强度比的毛细管液芯光纤温度传感器

针对现有光纤荧光温度传感探头制备复杂的问题,本文提出了一种制备简单、成本低廉且性能优异的基于毛细管液芯的光纤荧光温度传感器。首先将对温度敏感的罗丹明B和对温度不敏感的罗丹明123的混合溶液作为温敏材料封装在不锈钢毛细管中制备成传感探头,利用两者荧光发射峰强度的比值进行温度传感。之后对传感探头中混合溶液的浓度和毛细管的结构参数进行了优化,并对传感器的性能进行了测试,最终将其应用于实际生活温度检测中。实验结果表明:该传感器的温度响应范围为30~70℃,荧光强度比与温度之间呈二次相关,拟合相关系数高达0.9984,且具有很好的准确性、重复性和稳定性,使用时间可达3个月以上,能很好地应用于对日常生活中温度的检测。该光纤荧光温度传感器在实时监测和远端探测方面具有很大的潜力。

高温老化和可靠性试验对Pt薄膜微型温度传感器的性能影响

设计了一种铂(Pt)薄膜热电阻微型温度传感器,采用磁控溅射方法制备传感器薄膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等手段对老化前后的Pt薄膜组织进行了系统表征;采用温度标定法对Pt薄膜电阻的温度-电阻特性进行了研究;通过振动、冲击、温度冲击等试验研究了温度传感器的环境可靠性。结果表明,老化处理增加了Pt薄膜组织结晶度,减少了组织中的杂质元素、降低了Pt薄膜电阻;线性拟合得出Pt薄膜温度-电阻线性度为0.999 93,具有良好的线性关系;可靠性试验后Pt薄膜电阻上升,测温精度一定程度上受到影响,但误差不大于0.205 K,满足高精度传感器的要求。

一种基于S型电磁超材料的高温温度传感器设计

针对目前超材料温度传感器存在的量程小且灵敏度较低的问题,设计了一种碳氮化硅基的S型超材料的高温传感器。通过CST电磁仿真软件对超材料温度传感器进行模拟仿真,在其他结构参数一定的情况下,对金属条的长度、宽度、厚度、条间隙及基板厚度等参数进行了设计与优化,确定了传感器结构的最佳尺寸,同时分析了传感器的谐振频率对温度的影响。结果表明,在28℃~1000℃下平均灵敏度可达5.674 MHz/℃。与之前报道的高温传感器相比,灵敏度提高了5倍,这种高灵敏度温度传感器可为航空发动机、武器装备等系统中的高温测试提供一种技术手段。

铂膜电阻温度传感器耐高温结构设计与性能验证

针对铂(Pt)膜电阻温度传感器难以实现850℃高温环境长期稳定测量问题。采用磁控溅射法在996氧化铝(Al_(2)O_(3))陶瓷衬底沉积Pt膜温度敏感层,通过对Pt膜进行热处理、耐高温表面防护结构提升其耐高温性能,采用阻值修调技术控制传感器阻值精度,结合微机电系统(MEMS)与厚膜工艺技术制备Pt膜电阻温度传感器。结果表明:Pt膜电阻温度传感器电阻温度系数(TCR)为(3851±3)×10^(-6)℃;0℃电阻值控制在199.92~200.06Ω范围内;传感器从室温阶跃至850℃热响应时间(τ_(90))为15.1 s;传感器经100次室温至850℃温度冲击后输出稳定;经850℃环境1000 h寿命考核,传感器0℃阻值漂移量小于0.5%。制备的Pt膜电阻温度传感器可长期保持850℃高温环境稳定测量,该温度传感器广泛应用于汽车尾气排放、发动机健康监测等高温测量领域。

基于微声技术的电缆头温度传感器研究

针对电缆头内部测温需求,设计了一种基于微声技术的无线无源电缆头温度传感器。通过压电本构方程、边界条件和非线性微扰理论建立了声表面波(SAW)温度敏感理论模型。综合优选(0°,142°,0°)石英作为SAW温度传感器的压电基底。根据有限元方法(FEM)/边界元法(BEM)理论设计的SAW谐振器参数制作了温度敏感的SAW谐振器,得到中心频率为433.636 MHz,无载Q值为13041。把制作的SAW谐振器与天线嵌入在电缆头堵头中以构成无线无源SAW电缆头温度敏感单元,该敏感结构在10 kV电压下局放为5 pC,满足设计要求。最后,对设计的传感器进行了温度测试,得到SAW谐振器的频率变化量与温度之间成单调递增的关系。

铂薄膜电阻温度传感器玻璃密封材料的稳定性能研究

针对铂薄膜电阻温度传感器中绝缘封装过程中存在的气密、绝缘等性能问题,研究了两种玻璃与铂薄膜温度传感器氧化铝基底间浸润性、气密性、绝缘性及热循环稳定性等性能,优选性能最佳的玻璃密封材料应用在铂薄膜温度传感器中。研究结果表明,热稳定性存在差异SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO系微晶玻璃与SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系微晶玻璃在800℃~1000℃间与氧化铝基底均具有良好的浸润性。SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃与SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃密封材料在800℃、通气压力在20.7 k Pa下的漏气率分别约为0.0073 sccm·cm^(-1)和0.0065 sccm·cm^(-1),绝缘电阻率分别约为21.6×106Ω·cm和31.1×106Ω·cm。此外,在30℃~800℃热循环500次后,两种玻璃表面出现尺寸不一的孔洞,其中,SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO玻璃经历500次热循环后孔洞尺寸由0.13μm增至15.62μm,而SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃孔洞尺寸变化较小,表面形貌较为致密。以上研究结果表明,SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃具有更加优异的密封性能、高温绝缘性能及热循环稳定性,更适合用于铂薄膜电阻温度传感器的封装工艺。

宽温区热敏电阻温度传感器调理电路

目前热敏电阻温度传感器电路一般采用电阻分压电路,非线性补偿温度范围一般在正温区10~100℃,非线性误差为0.5%;一些特殊应用场合要求热敏电阻测量范围在-45~+125℃。针对热敏电阻温度传感器使用温度范围越宽线性误差越大的问题,提出了一种宽温区热敏电阻温度传感器调理电路,采用精密恒流源激励,减小了热敏电阻温度传感器的自热问题,采用集成对数放大器与集成模拟乘法器进行线性化处理,调理电路具有非线性调节、零位调整、满量程调整3个功能,能够给出精确的标准电压0.1~4.9V信号,对每只热敏电阻温度传感器进行温度标定,根据标定数据进行最小二乘拟合,取得了良好的非线性和精度指标。实验结果表明:测温范围为-45~+125℃,非线性达到0.3%以下,测量误差达到±0.3℃。

温度传感器热响应时间测试及分析

国内对于温度传感器的热响应时间测试大部分采用油浴法,即在90℃硅油中进行测试,测试方式单一,没有考虑温度传感器实际使用环境与测试环境之间的关系,且测试方式为人工测试,效率较低,复现性差。针对此问题,基于Labview软件设计了温度传感器热响应时间自动测试装置,对PT100铂电阻、PT1000铂电阻和热敏电阻三类温度传感器的热响应时间进行测试,并分析不同封装方式以及不同加热方式对温度传感器热响应时间的影响,证明了不同封装方式和加热方式对热响应时间测试存在较大影响。研究的测试装置可应用于所有类型温度传感器的响应时间测试。

基于熔喷非织造材料的温度传感器制备及其传感性能

为结合织物的柔软性、舒适度和耐磨性制备低成本、高性能的可穿戴温度传感器,以超声波处理工艺将不同浓度比的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和碳纳米管(CNTs)共同负载在聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)熔喷非织造材料表面,制备了PEDOT:PSS/CNTs/PBT熔喷非织造材料的温度传感器。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对温度传感器的微观形貌、化学结构进行表征与分析,并对其热稳定性能、传感性能和力学性能进行测试与研究。结果表明,所制备的温度传感器在25~80℃范围内,灵敏度可达-0.71%/℃,响应时间较快(18 s),线性度较好(R^(2)=0.99),迟滞度低至4.98%,具有良好的重复使用性及长期稳定性,并且在37~38℃的温度范围内感应精度可达0.1℃。所制备的温度传感器能够对环境温度和人体表面温度进行实时稳定监测,具有广阔的应用前景。

基于双金属和FP干涉结构的光纤温度传感器

为了提高现有光纤温度传感器的灵敏度和测温范围,提出了一种基于双金属和法布里—珀罗(FP)干涉结构的传光型光纤温度传感器。以双金属片作为感温元件,利用部分反射镜和双金属片作为上、下表面,构成FP腔,采用调频激光干涉原理测量感温元件受热产生的FP腔腔长变化量,实现对温度的传感。实验结果表明:制成的光纤温度传感器的腔长变化量与温度呈较好的线性关系,线性度为99.96%,温度测量灵敏度达到了3885nm/℃,重复性高。