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数字温度计的设计

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温度是日常生活和生产活动中的重要参数,涉及国民经济、科学研究、国防建设以及社会的方方面面,快速准确的获得温度信息具有重要的意义。标准水银温度计由于受到浸入深度,材料性质,外形尺寸、测温环境等因素的影响,常常无法胜任工业现场计量校准,特别是无法实现测量数据的实时采集和传递,测量中操作不当容易损坏温度计造成水银遗洒,对人身健康及环境存在潜在危害和污染。在欧美,水银温度计已彻底退出历史舞台,禁止和限用水银已成为世界范围内的共识和不可扭转的发展趋势。且国家温度量传系统表中在中温区给数字温度计留出了位置。
随着电子技术的发展和仪器仪表技术的飞速发展,数字温度计不断被应用到高精度测温领域。数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻等),将温度的变化转换成电信号的变化,如电压和电流的变化,温度变化和电信号的变化有一定的关系,如线性关系,一定的曲线关系等,这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号,数字信号再送给处理单元,如单片机或者PC机等,处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来,成为可以显示出来的温度数值,如25.0摄氏度,然后通过显示单元,如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。国外很早就开始研制生产相关的产品,国内也存在一些厂家在研制此类产品,但是仍存在一些问题亟需解决。数字温度计或是因为价格因素或是由于稳定性因素等不能满足需要。因此,以此范围的精密测温仪表为研究出发点具有现实意义。

数字温度计的设计
温度作为人类生活和生产活动最重要的环境因素之一,对其精确地检测控制一直是科研工作者不断追求的目标。目前,经过科研工作者的不断努力,总结出的温度测量方法包括接触式与非接触式两大类,主要有以下几种:
膨胀式测温方法:膨胀式测温是一种比较传统的温度测量方法,它主要利用物质的热胀冷缩原理,根据物体体积或几何形变与温度的关系进行温度测量。玻璃液体温度计是目前应用最广泛的一种膨胀式温度计,它是利用水银、有机液体(酒精或煤油)或汞基合金等液体的热胀冷缩原理进行温度测量。膨胀式温度计结构简单,价格低廉,测温范围大,可直接读数,但准确度比较低,不易实现自动化,智能化,而且在使用中容易损坏,对环境造成污染。
电量式测温方法:电量式测温方法主要利用材料的电势、电阻或其它电性能与温度的单值关系进行温度测量,包括热电偶温度测量、热电阻温度测量、集成芯片温度测量等。热电偶具有结构简单、响应快、测温范围宽、适宜远距离测量及自动控制等优点。缺点是热电势与温度之间是非线性关系、测量精度比电阻低、在同样条件下热电偶接点易老化;热电阻是根据材料的电阻和温度的关系来进行测量的。常见的为铂热电阻和铜热电阻温度传感器,铂热电阻的使用温度范围为-200℃~850℃。热电阻测量精度好,准确度高,稳定性好,但是动态响应差,不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。随着电子技术的发展,可以将感温元件和有关的电子线路集成在一个小芯片上,构成一个小型化、一体化及多功能化的专用集成电路芯片。

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