新型温度传感器

第六节新型温度传感器一、热流计 热流计由带有热电堆(若干个热电偶串联)的薄片制成，用于设备散热损失的测试。测试时，将测头贴附于壁的表面上，如图所示，其输出电势E与热流q成正比关系：

q=CE

式中C是热流计灵敏度系数，与热电极材料、热电偶数目以及热流测头导热材料等有关。E123q1-被测表面;2-热电堆3-热流测头二、光纤光栅温度传感器

光纤传感器是一种将被测状态转变为可测的光信号的装置，具有灵敏度高，抗电磁干扰，耐高温、耐腐蚀，体积小、重量轻等特点。 作为功能型光纤传感器中的一种新型传感器，光纤光栅制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于同光纤集成及可构成网络等诸多优点，近年来被广泛应用于光传感领域。光纤光栅传感器可以检测的物理量很多，包括温度、压力、应变、应力、位移、扭角、扭应力、加速度、电流、电压、磁场、频率及浓度等，应用前景很好。(一)光纤光栅结构与工作机理

结构特点：光纤光栅传感器所用光纤与普通通讯用光纤基本相同，一般由纤芯、包层、涂覆层和护套组成。光纤芯的主要成分为掺锗二氧化硅，用以提高纤芯的折射率，与包层形成全内反射条件将光限制在纤芯中。单模光纤其纤芯直径为9μm，包层主要成分也为掺锗二氧化硅，直径为125μm。涂覆层一般为环氧树脂、硅橡胶等高分子材料，外径为250μm，以增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性。光纤结构示意图工作原理

图中输入光为宽光源，在光纤纤芯传播，将在每个光栅面处发生散射，当满足布拉格条件时，每个光栅平面反射回来的光逐步累加，最后形成一个反射峰，反射光为窄带光信号，其中心波长lB(Bragg波长)随光纤芯的有效折射率n和光栅周期Λ变化而变化，即：

lB=2nΛ

(二)光纤布拉格光栅传感原理与温度检测

光纤光栅的Bragg波长对温度变化ΔT和纵向应变ε很敏感，其关系为:光纤布拉格光栅传感原理与温度检测

由上可知，光纤受外界应变和温度影响将通过弹光效应和热光效应影响n；通过光纤长度变化和热膨胀影响Λ，从而引起中心波长lB的改变。

光纤光栅传感器原理：利用光纤光栅有效折射率n和周期Λ的空间变化对外界参量(如温度、应变等)的敏感特性，将被测量的变化转化为Bragg波长的漂移，再通过检测该波长的移动来实现测量的。三、集成电路温度传感器

集成温度传感器(温度IC)将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。它采用PN结作为感温元件，利用的是晶体管结电压Ube随温度改变的原理。

AD590集成电路温度传感器就是典型的一种，以下以AD590为例进行讲解。

AD590测温原理 AD590采用一对非常匹配的差分对管作为温度敏感元件，两管的结电压差Ube(T)为：AD590原理电路图式中k—波尔茨曼常数；

q—电子的电荷量；

—V1与V2的发射极面积比例因子，是由结构决定的系数；电流I1与I2由恒流源提供。AD590的测温电路

再通过转化电路，将温度变化转化为电流信号Io(温度灵敏系数为1μA/K)输出。测量时，将AD590接入电路中即可测量出温度，下图给出的为用测绝对温度T或摄氏温度t时的电路。AD5904~30VUo(0.001T)910W220WRL1kW+-20kW4.7kW+6VAD590-6VUo(=0.1t)