新型溫度傳感器的研究與發(fā)展

　　隨著生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各部門對溫度測量與控制的要求越來越高，尤其對高精度、高分辨率溫度傳感器的需求越來越強烈，普通的傳感器難以滿足要求。

　　石英溫度計的特性

　　高分辨率 分辨率達0.001~0.0001℃。

　　高精度 在-50℃~120℃范圍內(nèi)，精度為±0.05℃。普通溫度計的精度為±0.1℃。

　　誤差小 熱滯后誤差小，響應(yīng)時間為1s，可以忽略。

　　性能穩(wěn)定 它是頻率輸出型傳感器，故不受放大器漂移和電源波動的影響，即使將傳感器遠距離（如1500m）設(shè)置也不受影響，但是抗強沖擊性能較差。

　　石英溫度計的應(yīng)用

　　石英溫度計既可用于高精度、高分辨率的溫度測量，又可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計進行量值傳遞，也可以在現(xiàn)場穩(wěn)態(tài)溫度場合下進行精密測溫或用于恒溫槽的精密控溫，還可用作遠距離多點溫度測量等。

　　聲學(xué)溫度計

　　聲學(xué)測溫技術(shù)具有測溫原理簡單、非接觸、測溫范圍寬（0~1900℃）、可在線測量等優(yōu)點，現(xiàn)已應(yīng)用于發(fā)電廠、垃圾焚燒爐、水泥回轉(zhuǎn)窯等工業(yè)過程的溫度測量和控制。

　　利用超聲波測量氣體溫度

　　利用測量超聲波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化的溫度計稱為超聲波溫度計。用超聲波測量氣體溫度具有響應(yīng)速度快、不受外壁熱輻射影響等優(yōu)點。測量對象十分廣泛，從滾梯上方氣體的平均溫度，到內(nèi)燃機混合氣體爆炸燃燒時的溫度測量等。

　　超聲波測量氣體溫度的工作原理與聲學(xué)測溫相同，聲速的測量方法有兩種：

　　脈沖法測量 如果揚聲器與收音器間的距離為l，傳播的時間為τ，則可依據(jù)u=l／τ，求得u。當(dāng)測量場所有風(fēng)時，若直接測量聲速將產(chǎn)生誤差。在這種情況下，將揚聲器與收音器交換測量，選用兩者的平均速度更為準(zhǔn)確。

　　共振法測量 利用共振頻率f=u/l可求得u。

　　固體超聲波溫度計

　　利用聲波在固體中傳播速度，隨溫度而變化的溫度計稱為固體超聲波溫度計。由于聲波在固體中傳播時，聲速的靈敏度隨溫度的升高而增大，因此，這種溫度計更適用于高溫測量。

　　核四級共振溫度計 (NQR溫度計)

　　核磁共振是原子核系統(tǒng)的磁共振。具有核自旋的物質(zhì)處于靜磁場中，當(dāng)在靜磁場垂直方向加電磁波時，將對某頻率的電磁波產(chǎn)生吸收現(xiàn)象即為核磁共振。氯酸鉀KCIO3晶體中核自旋具有電四極矩的CI35原子核，在軸對稱電場梯度中，自旋產(chǎn)生能級躍遷，出現(xiàn)吸收電磁波的現(xiàn)象，稱核四級共振。利用共振吸收頻率隨溫度升高而減少的特性制成的溫度計，稱為核四級共振溫度計。該溫度計可以作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計或高精度實用溫度計。

　　NQR溫度計的特性

　　高準(zhǔn)確度、高分辨率 準(zhǔn)確度可達±0.005K；共振吸收頻率與溫度的相關(guān)性好，在室溫附近為5kHz/K，分辨率達1mK。

　　不需要分度 溫度與吸收頻率的關(guān)系，只取決于KCIO3的結(jié)構(gòu)，從根本上保證良好的重現(xiàn)性（在6Kz以下）。

　　互換性好 在水三相點其互換性為±10Hz，性能極其優(yōu)越。

　　輸出為頻率信號，容易保護高精度 可利用標(biāo)準(zhǔn)電波、電視信號等作高精度的基準(zhǔn)信號，便于數(shù)字化處理。

　　溫度范圍廣 對于高精度測量適用于室溫至低溫范圍。

　　從檢測微弱的吸收信號直到轉(zhuǎn)換成溫度，可全部實現(xiàn)自動化。

　　熱噪聲溫度計

　　由于電子的熱運動，可在電阻的兩端產(chǎn)生由熱噪聲引起的電位起伏。這種熱噪聲又稱約翰遜噪聲，熱噪聲電壓與溫度之間存在確定關(guān)系。利用熱噪聲電壓與溫度的相互關(guān)系，可制成熱噪聲溫度計。熱噪聲溫度計具有如下特性：不需要分度；與傳感器材料無關(guān)，不受壓力影響；傳感器的阻值幾乎不影響測量精度；測溫范圍廣（4-1400K）。

　　因此，熱噪聲溫度計可望成為一種理想的測溫方式。然而，熱噪聲溫度計產(chǎn)生的電壓信號小，信號處理困難，操作也復(fù)雜，至今仍未實用化。

　　半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器