温度传感器与温度的测量

唐杉林

(无锡市计量检定测试中心）



温度传感器与温度的测量

唐杉林

(无锡市计量检定测试中心）

摘要：随着经济以及科学技术的不断发展，对于温度测量的需求也由静态的测量逐渐向动态的测量倾斜。所以，当今研究人员的研究方向就自然更多地侧重于温度传感器的动态特性，这种方式能够最大程度的改变温度传感器的性能，对于测量温度方面也是一种巨大的改变。本文对于改善温度传感器的特性的方法进行分析，然后提出了软测量的方式的可行性分析，为扩大温度传感器的使用范围以及节约成本和提高性能有着十分重要的借鉴意义。

关键词：温度传感器；动态特性；温度测量

0　引言

温度是关于物体冷热的一种物理上的变量，在日常的生产生活中经常会碰见关于温度的测量与控制的问题，尤其是当温度在极短的时间内快速的变化的时候对测量就有很高的要求，这对温度传感器也就提出了更高的要求，温度传感器的动态特征也就成为了研究的重点方向。

动态特征具体指的是温度传感器中输出温度增加的量和被测量的温度增加的量之间的一种函数关系，如果输入温度与输出温度之间的变化相同的话则是最为理想化的温度传感器的体现。但是在实际的测量过程中这是不可能的，所以要尽量减小这种差距，使得被测量的温度随着短暂时间的快速变化能够被最真实的测量出来。

1　温度传感器的改进方法分析

世界各国对于改进温度传感器的动态特性的方法都十分重视，因为如果温度传感器在动态的响应方面做得不够充分，就不可能得到被测温度的真实数据和变化。所以必须要对这种动态特性的改进方法进行研究。

1.1在结构参数上的改变

这种方法在具体的实践中指的就是通过缩小温度传感器的体型以及各种测量温度的元件的规模，使得温度传感器能够有更好的动态特性。例如，薄膜温度传感器的出现就是很好的实例，这种传感器最大的特点就是热接点的厚度一般只有几微米，所以其具有灵敏度很高、反应时间较短的特性，对于物体的温度瞬间变化的测量起到了很好的效果得到了广泛的应用。这种薄膜温度传感器最初是由德国人最先研制出来的，后来又经过不断的改进和创新。我们国内相关的研究人员也研究出了相应的薄膜传感器，但是在使用范围扩大的过程中发现，薄膜温度传感器不能够得到普遍的使用，只能够在一些特定的场合下才可以使用。此外还存在着成本过于高昂、使用年限短的缺点等等。

1.2不同的温度敏感元件的选用

温度敏感元件根据不同的测量温度的方法可以分为接触式与非接触式的两种，但是非接触式的温度敏感元件还是得到了更为广泛的应用，因为温度敏感元件不会与被测量温度的对象直接接触，所以不仅不会对原有的温度进行破坏还可以测量更加高的温度，此外，还拥有检测的时间段、检测时的反应速度快等等的优点，近几年来非接触式的温度传感器得到了快速的发展，例如辐射温度计以及光学温度计等。但是，这种方式也是存在缺点的，在测试温度与被测试的温度之间差距很大的时候，由于不直接与被测物接触所以很难进行测量工作，同时非接触式由于要利用其他先进的科技花费的成本自然也会较高。

1.3动态补偿滤波器的选用

动态补偿方法对于温度传感器的现有结构工艺的改进具有十分重要的意义，因为这种方式可以使得温度传感器获得很好的动态特征，在具体的实践中就通过动态补偿滤波器的方式来实现，可以使用软件构成数字滤波器以及模拟电路的模拟滤波器，模拟滤波器的稳定性通常不会很好，会存在有一定的误差。数字滤波器首先需要进行数学建模，但是剑魔也会带来一定的误差与不确定性。随意在涉及动态补偿滤波器上也在进行不断的改进和发展，提倡不进行数学建模直接进行补偿的动态补偿法。

2　软测量方法的研究

2.1原理的分析

软测量技术就是选择出一组与主导的变量有着密切的关系又会比较好测量的变量，这就是辅助变量。然后再找出主导变量与辅助变量之间的关系，用计算机对主导变量作出估算，这就是软测量的模型。它的核心就是确定出容易测出的变量，然后构建出软测量的模型最后在对这种模型进行计算的方法。温度传感器在进行实际的测算过程中，感觉温度处的温度变化的速度相对较为缓慢，这也就是温度传感器的输出温度比较容易进行测量。这种软测量的方式就是由变化缓慢的温度推算出相对变化较快的温度，这种方式能够很好地改善温度传感器的动态特性。

2.2软测量方式的优点

在传统的方法中，如果测量的温度比较高测量的温度变化又很快的时候，温度传感器如果达不到指标就会更换温度传感器。采用软测量技术之后就可以改善温度传感器的动态特性，对于动态性能不达标的温度传感器就不需要更换传感器了，只需要记下温度变化相对缓慢、容易测量的温度数据就可以了。这种方式及简化了测量的时间又极大地节约了成本，对于改善温度传感器的动态特性具有十分重要的意义，克服了上述的几种改进方法的不足，对于温度的测量方面作出了很大的贡献。

3　总结

随着经济和科技的发展对于温度的测量方法上面也作出了巨大的改进，尤其是现在对于测量的温度很高又在瞬间不断变化的变量的时候，对温度传感器就提出了更高的要求。改善温度传感器的动态特性就成为了研究的重点方向，国内外出现的几种测量的方式都是存在着优点和缺点的，现在最新提出的软测量方法就很好的解决了几种方法的缺点又节约了成本，在未来可以进行广泛的研究和使用。

参考文献

[1] 徐科军.传感器动态特性的实用研究方法[M] .中国科学技术大学出版社,1999

[2] 黄凤良,夏春梅,周彦煌等.温度测试的外推方法[J] .计量学报,2003

[3] 赵海宇,于惠忠.温度传感器动态校准的研究仁[J] .电子测量与仪器学报,2001

[4] 于静江,周春晖.过程控制中的软测量技术[J] .控制理论与应用,1996

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