溫度測量的最新進展

　　當前，雖然主要的溫度感測器，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計等的技術已經成熟，但是只能在傳統的場合應用，不能滿足許多領域的要求，尤其是高科技領域。因此，各國專家都在針對性的競爭開發各種新型溫度感測器及特殊的實用測量技術。

　　光纖溫度感測器

　　光導纖維（簡稱光纖）自20世紀70年代問世以來，隨著激光技術的發展，從理論和實踐上都已證明它具有一系列的優越性，光纖在感測技術領域中的應用也日益受到廣泛重視。光纖感測器是一種將被測量的狀態轉變為可測的光信號的裝置。它是由光耦合器、傳輸光纖及光電轉換器等三部分組成。目前已有用來測量壓力、位移、應變、液面、角速度、線速度、溫度、磁場、電流、電壓等物理量的光纖感測器問世，解決了傳統方式難以解決的測量技術問題。據統計，目前約有百餘種不同形式的光纖感測器，用於不同領域進行檢測。可以預料，在新技術革命的浪潮中，光纖感測器必將得到廣泛的應用，併發揮出更多的作用。

　　特種測溫熱敏電纜

　　熱電偶是傳統的溫度感測器，用途非常廣泛。近年來，又發展出了一種新的測溫技術，能在火災事故預警中有獨特的應用。這種新型溫度感測器稱為特種測溫熱敏電纜，又被稱為連續熱電偶Continuous Thermocouple)或尋熱式熱電偶（Heating Seeking Thermocouple）。

　　熱敏電纜利用電偶熱電效應，但測量的不是偶頭部的溫度，而是沿熱電極長度上最高溫度點的溫度。由於這種獨特功能，最初被發達國家作為高精技術設備鋪設在航空母艦、驅逐艦的艦艙以及軍用飛機等軍事設備中。目前，已被廣泛應用到各個領域來預防和減少因“過熱”引起的事故和損失。

　　熱敏電纜的主要性能

　　目前，熱敏電纜主要有兩種產品類型（FTLD和CTTC），它們測溫原理相同，只是技術參數不同。

　　材料構成外層保護管：FTLD型採用雙層聚四氟乙烯，CTTC型採用鉻鎳鐵合金。為有效避免測量環境中的粉塵、油脂以及水分等介質浸入，以及溫度範圍不同而引起的誤報，故採用不同材料。測溫元件：K型熱電偶。

　　外形尺寸目前現有的產品長度約6~15m，若需長度加大，可以將幾根熱敏電纜連接起來。外徑尺寸FTLD為f3.5mm，CTTC為f9.3~18.7mm，可安裝在傳統探頭無法鋪設到的惡劣環境中。

　　工作溫度 FTLD為-40~200℃，CTTC為-40~899℃。

　　分度與靈敏度熱敏電纜的分度與普通熱電偶相近，由於連續熱電偶的“臨時”熱接點不是緊密連接，熱接點之外兩電極間也並非完全絕緣，所以熱敏電纜的輸出熱電勢與同種熱電偶相比稍有降低，換算成溫度大約相差十幾攝氏度，這對於火警預報來說是可以接受的。

　　彎曲半徑 除和熱敏電纜組成材料的性能和質量有關外，還與隔離材料的密實程度有關。一般彎曲半徑為熱敏電纜外徑的10~20倍。

　　石英溫度計

　　隨著生產及科學技術的發展，各部門對溫度測量與控制的要求越來越高，尤其對高精度、高解析度溫度感測器的需求越來越強烈，普通的感測器難以滿足要求。

　　石英溫度計的特性

　　高解析度 解析度達0.001~0.0001℃。

　　高精度 在-50℃~120℃範圍內，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，響應時間為1s，可以忽略。

　　性能穩定它是頻率輸出型感測器，故不受放大器漂移和電源波動的影響，即使將感測器遠距離（如1500m）設置也不受影響，但是抗強衝擊性能較差。

　　石英溫度計的應用

　　石英溫度計既可用於高精度、高解析度的溫度測量，又可作為標準溫度計進行量值傳遞，也可以在現場穩態溫度場合下進行精密測溫或用於恆溫槽的精密控溫，還可用作遠距離多點溫度測量等。

　　聲學溫度計

　　聲學測溫技術具有測溫原理簡單、非接觸、測溫範圍寬（0~1900℃）、可在線測量等優點，現已應用於發電廠、垃圾焚燒爐、水泥迴轉窯等工業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速度快、不受外壁熱輻射影響等優點。測量對象十分廣泛，從滾梯上方氣體的平均溫度，到內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測溫相同，聲速的測量方法有兩種：

　　脈衝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u=l／τ，求得u。當測量場所有風時，若直接測量聲速將產生誤差。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。由於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，這種溫度計更適用於高溫測量。

　　核四級共振溫度計 (NQR溫度計)

　　核磁共振是原子核系統的磁共振。具有核自旋的物質處於靜磁場中，當在靜磁場垂直方向加電磁波時，將對某頻率的電磁波產生吸收現象即為核磁共振。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，自旋產生能級躍遷，出現吸收電磁波的現象，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製成的溫度計，稱為核四級共振溫度計。該溫度計可以作為標準溫度計或高精度實用溫度計。

　　NQR溫度計的特性

　　高準確度、高解析度 準確度可達±0.005K；共振吸收頻率與溫度的相關性好，在室溫附近為5kHz/K，解析度達1mK。

　　不需要分度 溫度與吸收頻率的關係，只取決於KCIO3的結構，從根本上保證良好的重現性（在6Kz以下）。

　　互換性好 在水三相點其互換性為±10Hz，性能極其優越。

　　輸出為頻率信號，容易保護高精度 可利用標準電波、電視信號等作高精度的基準信號，便於數字化處理。

　　溫度範圍廣 對於高精度測量適用於室溫至低溫範圍。

　　從檢測微弱的吸收信號直到轉換成溫度，可全部實現自動化。

　　熱雜訊溫度計

　　由於電子的熱運動，可在電阻的兩端產生由熱雜訊引起的電位起伏。這種熱雜訊又稱約翰遜雜訊，熱雜訊電壓與溫度之間存在確定關係。利用熱雜訊電壓與溫度的相互關係，可製成熱雜訊溫度計。熱雜訊溫度計具有如下特性：不需要分度；與感測器材料無關，不受壓力影響；感測器的阻值幾乎不影響測量精度；測溫範圍廣（4-1400K）。

　　因此，熱雜訊溫度計可望成為一種理想的測溫方式。然而，熱雜訊溫度計產生的電壓信號小，信號處理困難，操作也複雜，至今仍未實用化。

　　半導體集成電路溫度感測器

　　眾所周知，晶體管的基極 — 發射極的正向壓降隨著溫度的升高而減少。利用P-N結的這一固有特性，可製成溫度感測器。AD590集成電路溫度感測器就是典型的一種，DS1820則是最新的發展。

　　DSl820智能溫度感測器

　　智能溫度感測器是在半導體集成溫度感測器的基礎上發展起來的。其主要優點是採用數字化技術，能以數字形式直接輸出被測溫度；能夠遠程傳輸數據；用戶可設定溫度上、下限，具有越限自動報警功能；自帶匯流排介面，適配各種微處理器和單片機，便於開發具有一定智能功能的溫度測控系統。其中，DS1820就是典型的智能溫度感測器。

　　基本特性

　　DSl820是美國生產的可組網數字式溫度感測器。全部感測元件及轉換電路集成在形如一隻三極體的集成電路內。因體積小、轉換快、解析度高、數字量傳輸等，使其在多點測溫、智能溫度檢測系統中有著廣泛的應用。與其他溫度感測器相比，DS1820具有以下特點：

　　● 獨特的單線介面方式；

　　● 支持多點組網功能；

　　● 在使用中不需要任何外圍元件。

　　● 測溫範圍為-55~+125℃；

　　● 測量結果以9位數字量方式串列傳送。