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温度传感器分类及工作原理介绍 https://t.cn/Ex1o13l

温度传感器定义

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。温度传感器对于环境温度的测量非常准确,广泛应用于农业、工业、车间、库房等领域。

温度传感器发展历史

公元1600年,伽利略研制出气体温度计。一百年后,研制成究竟温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要,相继研制出金属丝电阻、温差电动势元件、双金属式温度传感器。1950年以后,相继研发制成半导体热敏电阻器。最近,随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。

温度传感器分类

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。

1、接触式

接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。

温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。

一般测量精度较高。在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。

2、非接触式

它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。

非接触式温度传感器的优点是测量上限不受感温元件耐温程度的限制,因而对最高可测温度原则上没有限制。

按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

1、热电阻

热敏电阻是用半导体材料, 大多为负温度系数,即阻值随温度增加而降低。

温度变化会造成大的阻值改变,因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差,并且与生产工艺有很大关系。
热敏电阻还有其自身的测量技巧。热敏电阻体积小是优点,它能很快稳定,不会造成热负载。不过也因此很不结实,大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件,任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中,将导致永久性的损坏。

2、热电偶

热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境,而且结实、价低,无需供电,也是最便宜的。电偶是最简单和最通用的温度传感器,但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。

按照温度传感器输出信号的模式,可大致划分为三大类:数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。

1、数字式温度传感器

它采用硅工艺生产的数字式温度传感器,其采用PTAT结构,这种半导体结构具有精确的,与温度相关的良好输出特性。

2、逻辑输出温度传感器

在许多应用中,我们并不需要严格测量温度值,只关心温度是否超出了一个设定范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备,此时可选用逻辑输出式温度传感器

3、模拟式温度传感器

模拟温度传感器,如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控,在一些温度范围内线性不好,需要进行冷端补偿或引线补偿;热惯性大,响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比,具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点,而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上,有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。

温度传感器工作原理

1、热电偶传感器哦工作原理

当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为T,称为工作端或热端,另一端温度为TO,称为自由端或冷端,则回路中就有电流产生,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一,当有电流流过两个不同导体的连接处时,此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向),称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向),称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。

2、电阻传感器工作原理

导体的电阻值随温度变化而改变,通过测量其阻值推算出被测物体的温度,利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器,这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料,热电阻的材料应具有以下特性:

(1)、电阻温度系数要大而且稳定,电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。

(2)、电阻率高,热容量小,反应速度快。

(3)、材料的复现性和工艺性好,价格低。

(4)、在测温范围内化学物理特性稳定。

目前,在工业中应用最广的铂和铜,并已制作成标准测温热电阻。

3、红外温度传感器

在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0.75~100μm的红外线,红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。

4、数字式温度传感器

它采用硅工艺生产的数字式温度传感器,其采用PTAT结构,这种半导体结构具有精确的,与温度相关的良好输出特性。PTAT的输出通过占空比比较器调制成数字信号,占空比与温度的关系如下式:DC=0.32 0.0047*t,t为摄氏度。输出数字信号故与微处理器MCU兼容,通过处理器的高频采样可算出输出电压方波信号的占空比,即可得到温度。该款温度传感器因其特殊工艺,分辨率优于0.005K。

5、逻辑输出型温度传感器

设定一个温度范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备,此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。

6、模拟温度传感器

常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。

AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器,供电电压范围为3~30V,输出电流223μA(-50℃)~423μA( 150℃),灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R时,R两端的电压可作为输出电压。注意R的阻值不能取得太大,以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源,最高可达20MΩ,所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。

挑选温度传感器注意事项

1、被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。

2、被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制,是否需要远距离测量和传送。 3800 100

3、在被测对象温度随时间变化的场合,测温元件的滞后能否适应测温要求。

4、测温范围的大小和精度要求。

5、测温元件大小是否适当。

6、价格如保,使用是否方便。



如何避免误差

温度传感器在安装和使用时,应当避免以下误差的出现,保证最佳测量效果。

1、安装不当引入的误差

如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等,换句话说,热电偶不应装在太靠近门和加热的地方,插入的深度至少应为保护管直径的8~10倍。

2、热阻误差

高温时,如保护管上有一层煤灰,尘埃附在上面,则热阻增加,阻碍热的传导,这时温度示值比被测温度的真值低。因此,应保持热电偶保护管外部的清洁,以减小误差。

3、绝缘变差而引入的误差

如热电偶绝缘了,保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良,在高温下更为严重,这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰,由此引起的误差有时可达上百度。

4、热惰性引入的误差

由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化,在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时,甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后,用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大,热电偶波动的振幅就越小,与实际炉温的差别也就越大。

保护古建筑就是保护老北京文化·烟袋斜街
北京纪事杂志社

北京的“旧城更新”在历史上曾经遭遇过大规模的“一刀切”式改造,传统的城市肌理和面貌大面积消失,特色的传统文化在现代文明的冲击下也逐渐式微。北京作为我国历史文化名城的集中体现是,中华民族城市文明的重要标志与文化遗产,应高度重视北京历史文化名城保护工作。而很多地区的商业化改造不仅使传统文化受到了冲击,并且给周围居民的生活产生了影响。此次的调查采访以烟袋斜街为例,主要研究方向为:旧城风貌保存;分期改造状况;商业的发展历程;商业与居住的矛盾;传统文化的发展与保护;商业无序发展问题。

胡同是北京的文化特色,也是老北京的根儿,要体会老北京的味道,北京胡同游是必不可少的行程。
烟袋斜街旧貌与新颜
北京的旧城改造曾遭遇过“一刀切”的现象,传统的城市面貌和建筑风格发生了大规模的变化,仅存的老北京式建筑寥寥无几,具有北京特色的传统文化在现代化文明的冲击下,逐渐在人们的视野中消失。老北京的文化根植于古建筑之上,若建筑发生改变,那文化便成为无稽之谈。就烟袋斜街而言,它的改造属于北京旧城改造当中的一个成功实例。无论是从建筑风格还是从传统文化角度上来说,它都没有被“一刀切”的模式所影响,烟袋斜街在最初建筑样貌基础上进行整改,整条街以灰色调为主,延续了明清时代的建筑风格,使其在整改后与原来的建筑体系相比较,并没有发生明显变化。是迄今为止保存最完整的老北京胡同之一。

之所以取烟袋为名,有两种说法。一是古代街上卖烟具的商铺生意兴隆,买家纷纷以硕大的立体烟袋作为招幌,成为了独特的街头景观;二是由于这条街的形状类似烟袋杆儿,东北入口像烟袋嘴儿,西端入口处折向南边开阔处像烟袋锅儿。基于这两种说法,烟袋斜街的街名便形成了。

烟袋斜街全长232 米,是老北京著名的一条斜街,其地理位置优越,位于北京西城区什刹海历史文化名区的核心部位,东邻北京旧城北中轴线,西通银锭桥,南接什刹海前海,北望钟鼓楼,是连接前海与地安门大街的重要交通路线。烟袋斜街借助什刹海及钟鼓楼等北京旧城核心历史文化资源,形成胡同游览路线上内容丰富而样貌独特的景观,展现了北京传统的商业街区和市井文化。如果说什刹海是悬挂在京城颈上的一条珍珠项链,那么烟袋斜街必定是那颗最璀璨的明珠。烟袋斜街历经百余年的发展,使之成为北京最具民俗特色的代表之一,在2010 年,烟袋斜街被评选为“中国历史文化名街”,从此烟袋斜街更成为了万众瞩目的一道亮丽风景线。

烟袋斜街自古以来便是著名的商业街,在历史上以经营文物、古玩和小吃闻名,发展到今天被称为是北京最古老的一条商业街。每个城市的商业街一直是游客必去的景点之一,有着深厚历史文化和地域风情的烟袋斜街更是如此。据不完全统计,这里每日的游客量达到上万人,节假日期间更是无法估量,大多游客是冲着这里的美食和典型的北京式传统建筑而来。笔者随机采访了几位到访的游客,在交谈中得知他们是从南方来京游玩的,来之前他们已经做好了攻略,得知烟袋斜街有很多当地传统小吃和小商店,于是便被列为了必游景点之一。来了之后才发现,这里让他们惊叹的已经不是小吃,而是这里最具老北京特色的建筑风格和周围的胡同、四合院,用他们的话说:“这些才是北京该有的样子。”的确,通过调查笔者发现,旧城改造过后很多古建筑被拆除,外地游客想找个老北京式建筑,除了串胡同外也没有别的选择了。而烟袋斜街的改造恰好没有发生翻天覆地的变化,依旧延续着老北京的传统风貌和街区文化,满足了游客的观赏需求。

烟袋斜街发展至今,商业上仍然保留着很多北京的老字号。例如1848 年开业的烤肉季,迄今为止已有上百年历史,凭借着“百年老店”的知名度,引来大批的游客前来品尝,节假日期间甚至要排很长的队才能吃上一口“老字号”的烤肉。位于街中的“大清邮政信柜”是烟袋斜街上的一大亮点,它的前身是隶属于地安门邮政局的什刹海邮电所,为配合烟袋斜街的老北京文化、展示北京邮政的悠久历史,才以“大清邮政信柜”为名。它结合了中轴文化、大运河文化、古邮驿文化,呈现了3000 多年邮驿的发展历程。门口摆放着的“投信小孩”和邮筒的雕塑更是引来了大量的游客到此拍照。据观察,凡是拍完照的游客都会走进邮政博物馆参观,店内的装潢风格颇显古风,柜台上陈列着很多印画着京剧脸谱、传统服饰的具有老北京文化特色的明信片,很多游客都会买来自己喜欢的明信片,写上祝福,贴上邮票寄给远方的朋友和家人。据统计,每分钟会有3 到4 人购买邮票和明信片,相对而言,“大清邮政信柜”的经营理念与其他店铺相比要更有意义一些,它可以说是烟袋斜街上最具备老北京文化特色的店铺。

除此之外,街上还保留着几家传统的老店铺,它们的建筑结构依旧是几十年前的原貌。笔者走访了其中一家,店铺的面积不过四五平方米,一旦进去的人多一些,就很难转身了,越是这样,想进去参观的人就越多,但人们很有秩序,见屋内人多,便在外面等候,生怕破坏了这间“老古董”式的商店。店内的桌子和墙上摆满了各式各样的小商品,具有鲜明的民俗文化特色,在这里可以找到很多童年的记忆。店铺老板是一位年长的老北京人,据他介绍,他一直生活在这里,所以这间店铺并不是他租来的,而是他的家。他告诉笔者,每天来来往往的游客很多,大多经过的人都会来光顾他的小店。说到这,恰好走进来两位外国友人,他们看着每一件物品都觉得新奇,我热情地向外国友人询问了他们来此的感受,他们一边竖起大拇指一边说着非常好!在这里不仅观赏到了北京传统的建筑风格,感受到了北京的风土人情,还见到了许多新鲜玩意儿,可以说是不虚此行。

可见,烟袋斜街的商业化发展吸引着世界各地的游客,而这些老店之所以会引来大量游客的驻足,很大一部分原因是它们传统的建筑风格,在诉说着老北京经久不衰的历史文化。并且,人们长期处于现代化的社会中,难免会有一丝怀旧心理,而这些老店以古建筑为载体,使得游客在年代感的熏陶下感受着老北京的文化魅力。

烟袋斜街的改造具有古城保护的代表性
另外,针对烟袋斜街的改造情况笔者也作了相关调查,被采访者持不同态度。大部分店家认为,改造效果良好,没有改变传统的建筑风貌,并且引来了很多游客参观,生意日渐兴盛。但是有些游客却认为单凭商业街而言,并没有得到预期的游客体验感,商业化没有亮点,商品雷同,除了几家比较有特色的店铺外,其他的与别的城市的商业街大同小异,具备老北京特色的传统店铺相对较少。越来越多的连锁店铺入驻烟袋斜街,如吉事果、手工银饰等等,其装修风格和经营内容趋向大众化,这对传统的商业街区风貌造成了负面影响。无论是游客还是店家都普遍认为,既然烟袋斜街的改造在建筑上并没有发生显著变化,那么在商业上也应如此,比如多开一些老北京手工艺品、北京非物质文化遗产、老北京特色小吃等,具备北京特色的店铺供游客游览,做到建筑与文化相统一。

烟袋斜街作为北京最古老的商业街,代表着北京的传统建筑风格和历史文化,在文化层面上,街区的发展应该秉承继承创新的理念,其商业发展应当具备最地道的传统小吃和质量最优的传统工艺品,脱离单一化、大众化的古文化街区。致力于将烟袋斜街建设成北京地区中传统与现代结合的优秀典范,打造成最具北京传统文化特色的历史名片。在与居民矛盾的层面上,烟袋斜街的发展应该规范化、制度化,街道周围的四合院、大杂院颇多,为了保证他们的生活不被打扰,应当采取相应的措施来保障居民的生活质量,从而使烟袋斜街无论是在商业上,还是在文化上都能得到更长久的发展。

总体而言,烟袋斜街的改造与其他地区相比算是比较成功的案例,基本上保留着曾经的建筑风格,因此才会引得众多游客前来游览,只有在代表着老北京的古建筑中行走,才能深刻体会老北京的文化所在。若古城被拆得面目全非,那老北京的文化便失去了载体。


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