第一篇：温度传感器响应特性创新实验报告
温度传感器响应特性创新实验
研究报告
学生：宋玉力 指导教师：王辉林
测控与精仪实验室 二00六年十二月
目 录
第一章 系统组成及检测原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第二章 检测工艺参数设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第三章 检测步骤与实验数据处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„6第一章
系统组成及检测原理
传统的温度测量实验只是观察数值准不准，对于响应时间、特性曲线、补偿方法等不了解，本研究依托温度实训系统，对自制的K型的热电偶的主要技术参数响应时间、特性曲线、误差等全面检测。
自制K型的热电偶
智能化的自动检定智能化的检定装置以国家最新检定规程为依据，结合计量工作的实际经验以及先进的微机技术，实现了检定过程自动化，数据处理微机化的理想目标。
一、主要技术指标
数字多用表分辨力 电压 0.1μV 电阻 0.0001Ω 数字多用表准确度 电压 0.005%RD+10字
电阻 0.01%RD+10字 低电势扫描开关寄生电势 ≤0.4μV
二、依据的检定规程
JJG141-2000 工作用贵金属热电偶检定规程 JJG351-1998 工作用廉金属热电偶检定规程
JJG668-1997 工作用铂铑10-铂、铂铑13-铂短型热电偶检定规程 JJG229-1998 工作用铂、铜热电阻检定规程 JJG75-1995 工作用铂铑10-铂热电阻检定规程 JJG167-1995 工作用铂铑13-铂铑6热电偶检定规程
三、性能特点
软件基于Windows平台，微机最低配置：奔腾Ⅲ 1G、128内存、多媒体。该装置可以开展K、E、J、N、B、S、R、T等各种型号的热电偶的检定。工作基准可以达到检定一等标准热电偶的要求。
该装置可以开展Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等各种工作用热电阻的检定。尤其对三线制热电阻作了专门处理，使得测试工作十分简便易行。检定工程严格按国家检定规程进行，按温指标严格控制符合检定规程。依据检定工作实际需要设立接线盒，接线简单清楚，更便于操作。
四、主要优点
软件具有语音提示错误、操作指导功能，硬件自我测试功能，用户可方便查找故障点。升温曲线直观显示，原始记录数据自动处理、判断、自动打印证书。被检电偶、电阻采用多组检定，检定对象可达三、四十支，以提高劳动效率。工况环境较好的情况下，检定炉可采用微机控温；干扰强烈的环境中可使用外部高精度温控仪表控温，提高抗干扰能力。检定炉控温采用智能PID参数，各检定炉采用不同PID控制，各温度检定点可任意设置PID参数，实现控温指标的优化。软件具有设备管理数据库，可任意选择各热电偶卧式检定炉、标准器等设备。使用过程中修改、调入方便。
热电偶检定具有冷端自动补偿功能。系统采用同名极法检定标准电偶，达到高精度测量，可为各省地计量所提示服务。三线电阻检定采用人工换线与自动换线两种方法，满足不同用户需要。系统具有独立的温度超温保护装置，可避免超温事故的发生。五、系统原理框图
系统的核心部分是由微机、打印机、数字多用表、低电势扫描开关、温控配电箱或高精密智能温控器等构成。
外围恒温设备由标准恒温油槽、冰点槽、热电偶检定炉、冷端补偿器等构成，如下图： 第二章 检测工艺参数设计
一、热电偶检定的工作过程
1、热电偶检定的过程
标准及被检热电偶应捆扎成束，放入检定炉。其冷端接补偿导线后插入冷端补偿器。打开检定软件，信息输入完毕后，点击“启动”按钮，则微机控制扫描开关工作，并从数字多用表读取相关数据。微机在对线路进行有无开路、短路、接反等检查后，开始送加热信号给温控配电箱，配电箱送出相应的加热功率至热电偶检定炉。加热过程中，微机始终通过读取标准热电偶的电压值来监控炉温，并根据算法自动调整加热量，直至炉温稳定在我们所需要的设定温度值上。使用高精密智能控制器的用户，炉温由其直接控制。当炉温在绝对偏差及稳定度均符合要求时，微机控制扫描开关及数字多用表，完成对标准及被检热电偶的多遍检测。微机对测得的数据进行扫描，如认为稳定性达到要求，则开始控制系统进行下一个点的控温、检测。全部设定点检测完毕后，在微机上可预览原始数据及运算结果，需要时可输出至打印机。2.热电阻检定的过程
标准及被检电阻置于冰点槽或恒温油槽内，待温度稳定后，操作微机开始检测读数，读数完成后，如发现读数的稳定性未达到要求，可等待一段时间后重新进行该点的检定，请按提示将原来的数据覆盖。实现自动判断读数时机的用户，可以通过微机自动判断是否已经满足读数要求，自动读数。检定完毕后保存数据，原始数据及运算结果可在微机上预览，需要时打印输出。
二、系统各部分的工艺参数设置
1.计算机
计算机是整个系统的核心，主要功能：
它是软件运行的平台，提示用户输入各种参数，显示温度曲线，进行数据处理。控制扫描开关的工作，使标准及被检七路信号逐一进入数字多用表，完成模数转换。通过RS232接口与数字多用表进行数据通讯，控制数字多用表进行功能转换,并读取由各路信号转换而成的数字量，送微机进行处理。将采集到的温度信号与设定值进行比较，并根据相应的算法运算处理，得出加热量送温控配电箱，控制检定炉的温度。2.低电势转换开关
功能切换：进行测量状态的转换。
信号采集：采用我公司特殊设计的低电势转换开关,完成测量信号的调理及多路采集。状态指示：进行电阻测试时，绿色指示灯代表检测电流的方向，灯亮表示正向，灯灭表示反向；进行电偶测试时，触发输出端有直流电压输出。3.数字多用表
数字多用表接受来自计算机的指令，按要求进行功能转换，并将信号对应的数字量送入微机。数字表是系统中关系到量值传递准确性的核心仪器，它直接决定了检定数据的可靠性。本系统推荐使用美国产KEITHLEY2700数字多用表，它性能稳定，分辨率高，满足国家规程中相应的指标。4.打印机
完成原始记录及检定证书的输出。原则上对打印机并无特殊要求，只要能正常工作即可。但考虑到打印效果的差别及检定工作的重要性，使用激光打印机。5.温控配电箱
温控配电箱用来完成对检定炉的加热控制及温度超限保护。计算机输出的加热控制量由配电箱内部的固态继电器执行功率调节，加热电流直接送往检定炉，控制炉温达到检定要求。配电箱内部装有一块带上限保护继电器的温控表，用户可自行设定上限保护温度。当由于某种原因造成温度上冲时，温控表继电器跳开，随之配电箱内接触器也跳开，切断电流回路，以免发生事故。保护用测温电偶（一般为K型）应正确从检定炉另一端插入到炉管中心位置，并确认接线正确可靠。6.热电偶检定炉
为热电偶检定提供300℃以上检定温度环境；通常使用长度为600mm的管式检定炉；检定短型热电偶时使用长度为300mm的检定炉；检定双铂铑热电偶时使用特殊高温检定炉； 检定炉温场应符合规程要求。检定炉应具有较厚的保温层及较小的电感效应，以免引起温度及电信号的跳动。7.恒温油槽
提供300度以下检定温度环境。应选取搅拌性能良好，控温性能快速且稳定的恒温油槽。检定时的温场均匀性及稳定度应符合规程要求。8.高精密智能温控器
采用日本原装进口仪表，运行稳定且温度过冲小，控温精度高，可用来控制检定炉及恒温槽，并有串口与微机相联。第三章 检测步骤与实验数据处理
一、各部件的连接、软件安装与维护
1.计算机与扫描开关的连接
将显示器、键盘、鼠标等外部设备连接到主机上。取出我公司提供的USB软件加密狗，插在USB插口内。将主机、显示器、打印机、扫描开关、数字多用表的电源插头插入带有可靠接地的电源插座中。取扫描开关的通讯电缆，辨别插头针与孔的区别，一端连接计算机串口，另一头插入扫描开关通讯口。2.计算机与数字表的连接
从数字表的包装盒中取出RS232通讯电缆，辨别插头针与孔的区别，一端连接计算机串口,另一端连接数字多用表通讯口。3.扫描开关与温控配电箱的连接
扫描开关的触发输出接温控配电箱的触发输入，正负勿接反。4.扫描开关后面板、接线盒与测试线的连接
扫描开关后面板与测试线按标号、颜色连接，如1号绿色测试线接扫描开关后面板被检1的绿色接线柱，接线盒与测试线同样按标号、颜色连接，检查无误后，将接线盒安装在靠近工作区的墙壁上。5.数字表与扫描开关的连接
将数字表的两组测试线分别插入数字表电压端两个插孔及电流端两个插孔，测试线的另一端接扫描开关对应的电压端插孔及电流端插孔。6.温控配电箱与热电偶检定炉的连接
检定炉的加热电源由温控配电箱提供，温控配电箱的电源输出端接检定炉的电源端。注意：为保证人身安全，必须保证检定炉及温控配电箱均可靠接地！7.软件的安装及维护
本软件为绿色软件，不需要安装，将本软件所有内容复制到硬盘即可运行使用。保证系统安全可靠的运行，我公司要求：
推荐使用Windows2000操作系统，专机专用，专用的用户名登录,否则存在使用权限的问题。请勿在微机上安装游戏软件，不联接网络，以防病毒侵入。备份温度检定软件的参数设置，并不要轻易调整温度检定软件的各种设置，在经过咨询后方可调整。经过一段时间的运行，如发现温度检定软件或操作系统出现不正常现象，以至影响检定工作的正常进行则应进行软件的重新复制。如仍不能解决问题，则需要重新安装操作系统。
二、开机步骤
1.打开数字多用表电源开关，预热数字多用表（按要求预热45分钟以上）； 2.打开低电势扫描开关电源开关； 3.打开微机显示器及主机电源开关； 4.开展热电偶检定时打开温控配电箱电源； 5.启动检定软件； 6.操作软件进行工作。
三、软件程序使用
1、附件安装
运行热电偶检定软件；驱动安装-工具->安装附件->安装加密狗驱动程序；数字表多用表驱动安装-工具->安装附件->安装数字表驱动程序，选择用户所使用数字表型号的驱动；扫描开关驱动安装-工具->安装附件->安装扫描开关驱动程序，选择扫描开关的驱动；中文语音引擎-工具->安装附件->安装中文语音引擎。
注意：不安装加密狗或未安装加密狗驱动，软件运行时会提示“未安装加密狗驱动”，软件上方显示测试版，此时软件无法正常使用。
2、设备设置
可通过主程序菜单：文件－>设备，打开设备对话框。注：设备参数设置不完整的情况下退出设置，请点击“删除”，再点击“退出”。
设置数字表：选择左边栏的数字表，然后按“添加”，出现如下的数字表设置页面，新添加数字表以吉时利2010数字多用表为例,数字表默认名字为“新数字表”，您可以改成更易于辨别的名字,如2010,然后从“数字表型号”下拉框中选择您的数字表型号KEI2010.目前系统支持的数字表有：吉时利2000、2010和华易2003。然后为该数字表选择一个串口。也可以连接好数字表通讯线并打开其电源开关，然后按下“自动检测”按键让系统检测该数字表接的串口，检测过程中请等待，计算机会逐个测试。数字表设置完毕后，可通过点击“测试”按键测试读数是否正常。
设置扫描开关：点击展开左边的扫描开关，选择T04，出现下面的设置画面。
选择好扫描开关的串行口，也可以连接好扫描开关通讯线并打开其电源开关，然后按下“自动检测”按键让系统检测该扫描开关接的串口。
测试扫描开关：选中“进入测试状态”复选框，然后点击定位、步进等按钮，测试扫描开关走步是否正确；点击正向导通、反向导通进行换向的测试；在最下方空白处输入0-100数字，点击输出可以进行加热的测试。测试完毕，再次点击“进入测试状态”复选框，退出测试状态。注：必须退出测试状态，设备管理器设置才能正常退出。
设置标准器：标准器是标准计量器具，选中左边栏标准器，然后按“添加”，添加一支新的标准器。标准器的主要信息如下图：选择标准器的类型，根据不同的标准器类型填充数据。
例如：对一等标准铂铑10－铂热电偶，应根据此标准器的最新证书值填充它在锌、铝、铜三个点的电势值。
设置恒温装置：恒温装置是指检定炉或油槽、水槽。添加一个检定炉，并按下图设定检定炉的参数，并可为该检定炉设置其在不同温度点的PID控温参数。
设置外部控温器：如果您买的设备配备了外部控温器，您可通过下面的页面设置外部控温器，以取代微机控温。外部控温器目前支持SR93，输入温控器名称,选择型号SR93,选择通讯口，如不知道通讯口的设置则打开高精密智能温度控制器电源,并连接好其通讯线, 点击“自动检测”,自动检测出通讯口.最后点击“测试”,读数正确便可。
3、参数设置
文件->选项，打开选项对话框。点击控制标签，稳定参数设置—温度偏差、温度波动度，合格判定参数设置—温度偏差、温度波动度，选择PID模式，设置稳定时间和调节周期。点击数字表标签，读取检定数据设置--读数速度、滤波次数、读数延时时间。点击其它标签，设置背景音乐。
四、热电偶的检定数据处理
1、建立检定文件
通过主菜单 文件－>新建检定文件，系统将提示您输入检定文件的名称，根据您输入的名称生成一个检定文件。
2、填充检定参数，如下图
选择被检偶型号 选择偶丝直径
选择检定方法—工业用电偶一般采用双极法、标准偶检定一般采用同名极法
选择标准器--根据“设备”窗口中设置的标准器信息，系统会自动获取该标准器的数据 选择使用的恒温装置（即检定炉）选择使用的数字表 选择使用的扫描开关
使用高精度控制器的用户则点击“高级”标签，以确认使用外部控制器控温 输入各检定点
输入各接线端子上对应被检偶的信息（其中仪器编号必须输入，否则认为该端子上没有接被检偶）
设置冷端温度，如果您不指定冷端的温度，扫描开关应接一支四线铂电阻，以自动检测冷端的温度。
输入完毕后点击“保存”，信息保存后，点击“启动”按钮，系统自动控温、读数等检定过程。
3、技巧
输入检定点时，输完温度点后按回车键，系统会自动给出所选标准器对应电势值。如果您按下检定点表格左上角的“自动”按钮，系统会根据您选择的标准器和被检偶直径，按规程自动给出标准检定温度点及对应电势值。被检仪器的生产厂家等信息相同的情况下，只输入被检1的信息，双击生产厂家即可，仪器名称、送检单位、单位地址设置用相同的方法即可。
打开一份文件，前面的温度点已经有检定数据，只需要检定后面的温度点，双击不需要检定温度点前的序号，跳过此温度点。
升温曲线区域无升温曲线时，双击升温曲线区域显示当前升温曲线。热电偶控温及读数
热电偶检定开始后，系统将切换到下面的检定画面。
这时系统首先会检查各电偶的开路、短路、是否接反等情况，并会在出现异常时提示您改正,您可以在改正后选择“重试”或选择“忽略”略过该错误。这些检测结束后，系统就进入正常的控温过程。
在控温过程中，系统会自动进行智能PID控温，如果需要，您也可以通过按下“自动”按钮，将输出切换到手动状态，这时您可以在按钮上方的文字框中输入要输出的数值并回车，以人工控制加热输出量。在此要注意，输出的数值应在0－100之间，并且需按回车才能生效。
图示窗口在控温过程中会显示当前炉内的温度、设定值、冷端温度及加热输出量，并会画出升温曲线。黄线为温度设定值，红线为实际温升曲线。
一个检定点完成后，会出现一提示框，询问继续下一点检定或继续本点检定，数据理想的情况下，选中继续下一点检定，点击“确定”；数据不理想的情况下，选中继续本点检定，点击“确定”；数据异常的情况下请点击“等待”，查明原因后，再进行选择。
4、热电偶原始记录及检定
每个温度点检定完成后，系统会把数据输出到原始记录窗口中，并自动保存。所有温度点检定完成后，系统会根据规程自动判断是否合格。如果贵单位认为自己的使用环境对仪表的要求可以宽于国家检定规程的要求，可以选取校准选项，系统将只进行数据运算，不进行结果判断，用户自行决定该仪器是否合格。
原始记录可以直接打印，如果您有特殊的格式要求，也可以将数据输出到Excel中（计算机需预装Excel），自定义您的打印格式。具体技术细节可与我们联系。
第二篇：温度传感器的特性及应用设计
08电子李建龙081180241061 温度传感器的特性及应用设计
集成温度传感器是将作为感温器件的晶体管及其外围电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器。这类传感器已在科研，工业和家用电器等方面、广泛用于温度的精确测量和控制。
一、目的要求 1． 2． 测量温度传感器的伏安特性及温度特性，了解其应用。
利用AD590集成温度传感器，设计制作测量范围20℃～100℃的数字
显示测温装置。3． 4． 对设计的测温装置进行定标和标定实验，并测定其温度特性。写出完整的设计实验报告。
二、仪器装置
AD590集成温度传感器、变阻器、导线、数字电压表、数显温度加热设备等。
三、实验原理图
AD590
R=1KΩ
E=（0-30V）
四、实验内容与步骤
㈠测量伏安特性――确定其工作电压范围 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。
⒉注意，温度传感器内阻比较大，大约为20MΩ左右，电源电压E基本上都加在了温度传感器两端，即U＝E。选择R4＝1KΩ，温度传感器的输出电流I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。
⒊在0～100℃的范围内加温，选择0.0、10.0、20.0……90.0、100.0℃，分别测量在0.0、1.0、2.0……25.0、30.0V时的输出电流大小。填入数据表格。
⒋根据数据，描绘V～I特性曲线。可以看到从3V到30V，基本是一条水平线，说明在此范围内，温度传感器都能够正常工作。
⒌根据V～I特性曲线，确定工作电压范围。一般确定在5V～25V为额定工作电压范围。
㈡测量温度特性――确定其工作温度范围
⒈按图连接好线路。选择工作电压为10V，输出电流为I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。
⒉升温测量：在0～100℃的范围内加热，选择0.0、10.0、20.0……90.0、100.0℃时，分别同时测量输出电流大小。将数据填入数据表格。
注意：一定要温度稳定时再读输出电流值大小。由于温度传感器的灵敏度很高，大约为k=1μA／℃，所以，温度的改变量基本等于输出电流的改变量。因此，其温度特性曲线是一条斜率为k=1的直线。⒊根据数据，描绘I～T温度特性曲线。
⒋根据I～T温度特性曲线，求出曲线斜率及灵敏度。
⒌根据I～T温度特性曲线，在线性区域内确定其工作温度范围。㈢实验数据: ⒈温度特性
结论：
由IT特性曲线可知：AD590的灵敏度为：K=1 μΑ/ ℃； 工作温度范围大于20 ℃ ～100 ℃。⒉伏安特性
由V～I特性曲线可知：温度传感器工作电压从3V到30V。（一般确定为：5V～30V）
四、探索与设计
㈠利用温度传感器，设计一个数码显示温度计
用AD590集成温度传感器制作一个热力学温度计，画出电路图，说明调节方法。
原理图 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。
⒉绝对零度定标：将电源负极C端认为是绝对零度T0＝－273.15℃，将电路B端认为是0℃，则从C到B，温度每变化1℃，压变化1mV，所以，UBC＝273.15mV。因此，调整R2、R3电阻大小，使UBC＝273.15mV。这就是绝对零度定标。⒊室温TS定标：同理，将温度传感器放置于室温为TS的水中，认为电路A端是TS℃。因此，应当有UAB＝│TS│mV。调整R4电阻大小，使UAB＝│TS│mV。这就是室温TS定标。
⒋升温测量：如将表头分度值标定为1℃，就从0℃开始，每升高1℃测量一次输出电压（电流）大小。如将表头分度值标定为5℃，就从0℃开始，每升高5℃测量一次输出电压（电流）大小。
⒌将升降温的数据填入数据表格，准备数据处理。
⒍根据数据，描绘（电压～温度）V～T特性曲线。根据V～T特性曲线，将数字式（或指针式）电压表重新标定为温度表。
⒎温度计的改装
: 根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温度计,间隔为5 ℃
㈡利用温度传感器设计温差温度计 ⒈原理图:
⒉温差温度计的调节方法: 按A图用回路法接好电路
绝对零度定标:将C端认为是绝对零度-273.15 ℃,将B端认为是0 ℃.调整R2,R3电阻的大小（实验如图标记）,使UBC=273.15mV 室温TS定标:将两个传感器置于室温TS的水中,认为A、D端是TS=20 ℃.调整R4、R5的大小（实验如图标记）,使UAB= UDB =20mV 再按B图接好电路
升温测量:将D端温度保持室温(20 ℃),A端每升高5 ℃测量一次输出电压 根据数据,绘制V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计 ⒊温差温度计的改装: 改装: 根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计,间隔为5 ℃㈢创新设计的优缺点: 优点: AD590互换性好,抗干扰能力强,温度与电压呈良好的线性关系,精度高
加热设备采用水浴加热,可以防止极间短路;试管中加入煤油,保证AD590与杜瓦瓶中水之间有良好的热传递 缺点: AD590的灵敏度可能不是严格的1 μA/ ℃,使温度计误差增大 升温测量中,温度不好控制
由于条件限制,温度计只能从室温开始测温 温度计表头分度值为5 ℃,灵敏度比较小
温差温度计的升温测量的间隔温度为5 ℃,灵敏度比较小
第三篇：航空机载温度传感器振动特性分析论文
摘要：文章采用有限元仿真分析软件ANSYS对某型航空机载温度传感器在随机振动载荷下的应力状态进行有限元分析，从而完成对结构的可靠性评估。根据有限元和随机振动相关理论，结合仿真分析结果，该型温度传感器在承受规定的随机振动载荷时，安全系数高，该结构具有足够的抗振强度，结构可靠性稳定。
关键词：温度传感器；随机振动；有限元仿真；ANSYS
1概述
航空机载传感器所经受的工作环境极为恶劣，在相当短的时间内会经受相当大的随机振动载荷，从而引起很大的交变应力，振动疲劳损伤非常严重[1]。因此，在产品设计阶段，采用随机振动理论对产品及各零部件结构进行振动特性仿真分析，找出各设计参数对产品性能的影响规律，并采取相应的改进措施，优化产品的结构，提高产品的结构稳定性，保证传感器在整个任务阶段不出现疲劳破坏。文章针对某型航空机载温度传感器进行了基于ANSYS的有限元振动疲劳仿真分析。通过计算随机振动的峰值应力值来对结构的可靠性进行考察，通过在共振频率点的应力响应来计算随机振动的峰值应力，比较峰值应力与材料的屈服极限的大小来考察结构的可靠性[2]，判断结构的抗振强度及薄弱位置，以确定结构设计方案的优劣，为结构进行改进和提高结构的可靠性提供依据。
2温度传感器产品概述
2.1产品功能
传感器安装在燃油控制装置壳体内，用于测量流经燃油控制装置内的计量燃油温度，并将燃油温度信号转变为电信号输送到电子控制器。
2.2产品组成传感器主要由感温元件（1）、外壳（2）、套管（3）和盖（4）等构成。
3振动特性仿真分析
3.1有限元计算前处理
3.1.1有限元模型的建立
根据温度传感器的设计图纸、装配关系和CAD数字样机建立有限元模型，对不影响产品结构强度的刻字、导线、装配螺纹等特征进行简化，对其他特征进行详细建模。传感器几何形状较为复杂，为保证足够的分析精度，重要部位尽量细化网格，共划分了41023个单元，72901个节点。
3.1.2传感器材料参数的设定
传感器的套管、外壳、盖等零件材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。
3.1.3传感器约束设定
根据实际安装情况，传感器通过外壳零件上的安装螺纹与燃油控制装置壳体上的安装孔相连，因此需对安装螺纹面施加固支约束。
3.2有限元计算结果及分析
3.2.1模态分析
模态分析用于确定设计中结构或部件的振动特性，即计算固有频率及振型。它是瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析等更详细的动力学分析的起点。文章基于有限元法的线性振动理论，应用ANSYS软件模态分析中的子空间法（SubspaceMethod）[3]，对传感器结构的前6阶振动特性进行分析，计算结果如表2所示。从总体来看，传感器的固有频率较高，各阶固有频率均在2000Hz以上，即当产品所承受的振动载荷频率在2000Hz以内的振动载荷时，不会因发生共振而导致结构破坏。
3.2.2随机振动分析
随机振动分析也称功率谱密度分析（PSD），属于一种概率统计分析。功率谱密度是结构对随机动力载荷响应的概率统计，后处理结果为功率谱密度-频率关系曲线。有限元随机振动分析就是建立在对结构进行振动分析得到结构的各阶振型和固有频率的基础上，进一步根据所给的加速度功率谱求出结构在这些随机激励下的位移响应和应力响应。文章利用ANSYS软件对传感器进行随机振动特性进行仿真计算[4]，通过对响应的分析为结构可靠性设计提供理论依据.4结束语
文章利用仿真分析软件ANSYS对某型温度传感器的振动特性进行了分析和校核，以确定产品结构的可靠性，得到以下结论：
（1）传感器的固有频率较高，前6阶固有频率均在2000Hz以上，因此当产品所承受的振动载荷频率在15Hz～2000Hz以时，不会因为共振而产生结构失效的可能。
（2）传感器按功能振动谱承受沿三轴向的随机振动载荷时，其应力水平和变形量都非常低，屈服安全系数均在44以上，振动载荷对传感器结构可靠性影响不大，因此该结构具有足够的强度。
参考文献:
[1]姚起杭.姚军防止结构振动疲劳的设计技术[J].飞机工程，2006，3：9-11.[2]郭建平，任康，杨龙，等.基于MSC.Fatigue的电子设备随机振动疲劳分析[J].航空计算技术，2008，28（4）：48-50.[3]黄康，仰荣德.基于ANSYS的汽车横向稳定杆疲劳分析[J].机械设计，2008，25（12）：66-68.[4]徐灏.疲劳强度[M].北京：高等教育出版社，1988.
第四篇：温度传感器课程设计
温度传感器简单电路的集成设计
当选择一个温度传感器的时候，将不再限制在模拟输出或数字输出装置。与你系统需要相匹配的传感器类型现在又很大的选择空间。市场上供应的所有温度感应器都是模拟输出。热电阻，RTDs和热电偶是另一种输出装置，矽温度感应器。在多数的应用中，这些模拟输出装置在有效输出时需要一个比较器，ADC，或一个扩音器。因此，当更高技术的集成变成可能的时候，有数字接口的温度传感器变成现实。这些集成电路被以多种形式出售，从超过特定的温度时才有信号简单装置，到那些报告远的局部温度提供警告的装置。现在不只是在模拟输出和数字输出传感器之间选择，还有那些应该与你的系统需要相匹配的更广阔的感应器类型的选择，温度传感器的类型：
图一：传感器和集成电路制造商提供的四中温度传感器
在图一中举例说明四种温度感应器类型。一个理想模拟传感器提供一个完全线性的功能输出电压（A）。在传感器（B）的数字I/O类中，温度数据通常通过一个串行总线传给微控制器。沿着相同的总线，数据由温度传感器传到微控制器，通常设定温度界限在引脚得数字输出将下降的时候。当超过温度界限的时候，报警中断微控制器。这个类型的装置也提供风扇控制。
模拟输出温度传感器：
图2 热阻和矽温度传感器这两个模拟输出温度探测器的比较。
热电阻和矽温度传感器被广泛地使用在模拟输出温度感应器上。图2清楚地显示当电压和温度之间为线性关系时，矽温度传感器比热阻体好的多。在狭窄的温度范围之内，热电阻能提供合理的线性和好的敏感特性。许多构成原始电路的热电阻已经被矽温度感应器代替。
矽温度传感器有不同的输出刻度和组合。例如，与绝对温度成比例的输出转换功能，还有其他与摄氏温度和华氏温度成比例。摄氏温度部份提供一种组合以便温度能被单端补给得传感器检测。
在最大多数的应用中，这些装置的输出被装入一个比较器或A/D转换器，把温度数据转换成一个数字格式。这些附加的装置，热电阻和矽温度传感器继续被利用是由于在许多情况下它的成本低和使用方便。数字I/O温度传感器： 大约在五年前，一种新类型温度传感器出现了。这种装置包括一个允许与微控制器通信的数字接口。接口通常是12C或SMBus序列总线，但是其他的串行接口例如SPI是共用的。阅读微控制器的温度报告，接口也接受来自温控制器的指令。那些指令通常是温度极限，如果超过，将中断微控制器的温度传感器集成电路上的数字信号。微控制器然后能够调整风扇速度或减慢微处理器的速度，例如，保持温度在控制之下。
图3：设计的温度传感器可遥测处理器芯片上的p-n结温度
图4。温度传感器可检测它自己的温度和遥测四个p-n结温度。
图5。风扇控制器/温度传感器集成电路也可使用PWM或一个线性模式的控制方案。
在图4中画是一个类似的装置：而不是检测一个p-n结温度，它检测四个结和它的自己内部的温度。因此内部温度接近周围温度。周围温度的测量给出关于系统风扇是否正在适当地工作的指示。
在图5中显示，控制风扇是在遥测温度时集成电路的主要功能。这个部分的使用能在风扇控制的二个不同的模式之间选择。在PWM模式中，微处理控制风扇速度是通过改变送给风扇的信号周期者测量温度一种功能。它允许电力消耗远少于这个部分的线性模式控制所提供的。因为某些风扇在PWM信号控制它的频率下发出一种听得见的声音，这种线性模式可能是有利的，但是需要较高功率的消耗和附加的电路。额外的功耗是整个系统功耗的一小部分。
当温度超出指定界限的时候，这个集成电路提供中断微控制器的警告信号。这个被叫做过热温度的信号形式里，安全特征也被提供。如果温度升到一个危险级别的时候温控制器或软件锁上，警告信号就不再有用。然而，温度经由SMBus升高到一个水平，过热在没有微控制器被使用去控制电路。因此，在这个非逻辑控制器高温中，过热能被直接用去关闭这个系统电源，没有为控制器和阻力潜在的灾难性故障。
装置的这个数字I/O普遍使用在服务器，电池组和硬盘磁碟机上。为了增加服务器的可靠性温度在很多的位置中被检测：在主板（本质上是在底盘内部的周围温度），在处理器钢模之内，和在其它发热元件例如图形加速器和硬盘驱动器。出于安全原因电池组结合温度传感器和使其最优化已达到电池最大寿命。
检测依靠中心马达的速度和周围温度的硬盘驱动器的温度有两个号的理由：在驱动器中读取错误增加温度极限。而且硬盘的MTBF大大改善温度控制。通过测量系统里面温度，就能控制马达速度将可靠性和性能最佳化。驱动器也能被关闭。在高端系统中，警告能为系统管理员指出温度极限或数据可能丢失的状况。
图6。温度超过某一界限的时候，集成电路信号能报警和进行简单的ON/OFF风扇控制。
图7.热控制电路部分在绝对温标形式下，频率与被测温度成比例的产生方波的温度传感器
图8。这个温度传感器传送它的周期与被测温度成比例的方波，因为只发送温度数据需要一条单一线，就需要单一光绝缘体隔离信道。
模拟正温度感应器
“模拟正量”传感器通常匹配比较简单的测量应用软件。这些集成电路产生逻辑输出量来自被测温度，而且区别于数字输入/输出传感器。因为他们在一条单线上输出数据，与串行总线相对。
在一个模拟正量传感器的最简单例子中，当特定的温度被超过的时候，逻辑输出出错：其它，是当温度降到一个温度极限的时候。当其它传感器有确定的极限的时候，这些传感器中的一些允许使用电阻去校正温度极限。
在图6中，装置显示购买一个特定的内在温度极限。这三个电路举例说明这个类型装置的使用：提供警告，关闭仪器，或打开风扇。
当需要读实际温度时，微控制器是可以利用的，在单线上传送数据的传感器可能是有用的。用微处理器的内部计数器，来自于这个类型温度感应器的信号很容易地被转换成温度的测量。图7传感器输出频率与周围温度成比例的方波。在图8中的装置是相似的，但是方波周期是与周围温度成比例的。
图9。用一条公共线与8个温度传感器连接的微控制器，而且从同一条线上接收每个传感器传送的温度数据。
图9，在这条公共线上允许连接达到八个温度传感器。当微控制器的I/O端口同时关闭这根线上的所有传感器的时候，开始提取来自这些传感器的温度数据。微控制器很快地重新装载接收来的每个传感器的数据，在传感器关闭期间，数据被编码。在特定时间内每个传感器对闸口脉冲之后的时间编码。分配给每个感应器自己允许的时间范围，这样就避免冲突。
通过这个方法达到的准确性令人惊讶：0.8 是典型的室温，正好与被传送方波频率的电路相匹配，同样适用于方波周期的装置。
这些装置在有线电线应用中同样显著。举例来说，当一个温度传感器被微控制器隔离的时候，成本被保持在一个最小量，因为只需要一个光绝缘体。这些传感器在汽车制造HVAC应用中也是很有效，因为他们减少铜的损耗数量。温度传感器的发展：
集成电路温度传感器提供各式各样的功能和接口。同样地这些装置继续发展，系统设计师将会看见更多特殊应用就像传感器与系统接口连接的新方式一样。最后，在相同的钢模区域内集成更多的电子元件，芯片设计师的能力将确保温度传感器很快将会包括新的功能和特殊接口。
总结
通过这些天的查找资料，我了解了很多关于温度传感器方面的知识。我的大家都知道温度的一些基本知识，温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。利用温度所创造出来的传感器即温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。并且从资料中显示温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，在本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
这些天,我通过许多的资料了解到两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称它为“热电偶”。我查找的资料显示数据:不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏／℃之间。
热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。
温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。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。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。
非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可以用来测量运动物体、小目标还有热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可以用于测量温度场的温度分布。资料显示，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。辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法。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。只有对黑体所测温度才是真实温度。如果想测定物体的真实温度，就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绝于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关连，因此很难精确测量。在自动化生产中我发现往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，这样才能提高有效发射系数。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即是介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。现在，我通过这些天的努力，了解了很多温度传感器及其相关的一些传感器的知识。他们在我们生活中的应用及其广泛，我们只有加紧的学习加紧的完成自己所学专业的知识，了解相关的最新信息，我们才能跟上科技前进的步伐。
参考文献：
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第五篇：2011基于18B20温度传感器论文
基于单片机18B20的温度计设计
摘要：文章主要介绍有关18B20温度传感器的应用及有关注意事项，经典接线原理图。1.引言：
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。
2.DS18B20的主要特征： * 全数字温度转换及输出。 * 先进的单总线数据通信。 * 最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。 * 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。 * 可选择寄生工作方式。 * 检测温度范围为–55°C ~+125°C(–67°F ~+257°F) * 内置EEPROM，限温报警功能。 * 64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 * 多样封装形式，适应不同硬件系统。3.DS18B20引脚功能：
•GND 电压地 •DQ 单数据总线 •VDD 电源电压
4.DS18B20工作原理及应用：
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：
ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。
5.控制器对18B20操作流程：
1、复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在15~60uS后回发一个芯片的存在脉冲。
2、存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。
3、控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指
定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。ROM指令在下文有详细的介绍。
4、控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。
5、执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。如执行数据读写指令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介绍。6.DS28B20芯片ROM指令表
Read ROM（读ROM）[33H]（方括号中的为16进制的命令字）Match ROM（指定匹配芯片）[55H] Skip ROM（跳跃ROM指令）[CCH] Search ROM（搜索芯片）[F0H] Alarm Search（报警芯片搜索）[ECH] 7.DS28B20芯片存储器操作指令表：
Write Scratchpad（向RAM中写数据）[4EH] Read Scratchpad（从RAM中读数据）[BEH] Copy Scratchpad（将RAM数据复制到EEPROM中）[48H] Convert T（温度转换）[44H] Recall EEPROM（将EEPROM中的报警值复制到RAM）[B8H] Read Power Supply（工作方式切换）[B4H] 8.写程序注意事项
DS18B20复位及应答关系
每一次通信之前必须进行复位，复位的时间、等待时间、回应时间应严格按时序编程。
DS18B20读写时间隙：
DS18B20的数据读写是通过时间隙处理位和命令字来确认信息交换的。写时间隙：
写时间隙分为写“0”和写“1”，时序如图7。在写数据时间隙的前15uS总线需要是被控制器拉置低电平，而后则将是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在15~60uS，采样时间内如果控制器将总线拉高则表示写“1”，如果控制器将总线拉低则表示写“0”。每一位的发送都应该有一个至少15uS的低电平起始位，随后的数据“0”或“1”应该在45uS内完成。整个位的发送时间应该保持在60~120uS，否则不能保证通信的正常。读时间隙：
读时间隙时控制时的采样时间应该更加的精确才行，读时间隙时也是必须先由主机产生至少1uS的低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后的15uS
中DS18B20会发送内部数据位，这时控制如果发现总线为高电平表示读出“1”，如果总线为低电平则表示读出数据“0”。每一位的读取之前都由控制器加一个起始信号。注意：必须在读间隙开始的15uS内读取数据位才可以保证通信的正确。在通信时是以8位“0”或“1”为一个字节，字节的读或写是从高位开始的，即A7到A0.字节的读写顺序也是如图2自上而下的。
9.接线原理图：
本原理图采用四位数码管显示，低于100度时，首位不显示示例27.5，低于10度时示例为9.0，低于零度时示例为-3.7。
结束语：基于DS18B20温度测量温度准确，接线简单，易于控制，加以扩展可以应用到各种温度控制和监控场合。
参考文献：
DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器文献
程序：
#include
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int
sbit sda=P1^7;sbit dian=P0^7;//小数点显示 uint tem;
uchar h;uchar code tabw[4]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//位选 uchar code tabs[12]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};//数码管数据
//
0 5 6 9
空
-uchar code ditab[16]= {0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//查表显示小数位，1/16=0.0625,即当读出数据为3时，3*0.0625=0.1875，读出数据为3时对应1，查表显示1，为4时显2 uchar data temp[2]={0};//高位数据与低位数据暂存 uchar data display[5]={0};//显示缓存
void delay(uchar t)//t为1时延时小于5us { while(t--);} void delay1()//4us {} void delays(uchar m)//1ms { uchar i,j;for(i=0;i for(j=0;j<110;j++);} void reset()//初始化 { uchar x=1;while(x){ while(x) { sda=1; sda=0; delay(50);//延时500us以上 sda=1; delay(5);//等待15us-60us x=sda; } delay(45); x=~sda;} sda=1;} void write_s(uchar temp)//写入一个字节 { uchar i;for(i=0;i<8;i++){ sda=1; sda=0; delay1(); sda=temp&0x01; delay(6); temp=temp/2;} sda=1;delay(1);} uchar read_s()//读出一个字节的数据 { uchar m=0,i;for(i=0;i<8;i++){ sda=1; m>>=1; sda=0; delay1(); sda=1; delay1(); if(sda) m=m|0x80; delay(6);} sda=1;return m;} uint read_1820()//读出温度 { reset();delay(200);write_s(0xcc);//发送命令 write_s(0x44);//发送转换命令 reset();delay(1);write_s(0xcc); write_s(0xbe);temp[0]=read_s();temp[1]=read_s();tem=temp[1];tem<<=8;tem|=temp[0];return tem;} void scan_led()//数据显示—数码管 { uchar i;for(i=0;i<4;i++){ P0=tabs[display[i]]; P1=tabw[i]; delays(7); if(i==1) dian=0; P1=tabw[i]; delays(2);} } void convert_t(uint tem)//温度转换{ uchar n=0;if(tem>6348){ tem=65536-tem; n=1;} display[4]=tem&0x0f;display[0]=ditab[display[4]]; display[4]=tem>>4; display[3]=display[4]/100; display[1]=display[4]%100; display[2]=display[1]/10; display[1]=display[1]%10;if(!display[3]){ display[3]=0x0a;} if(!display[2]) display[2]=0x0a;if(n) // 取百位数据暂存 // 取后两位数据暂存// 取十位数据暂存 { n=0; display[3]=0x0b;} } void main(){ delay(0);delay(0);delay(0);P0=0xff;P1=0xff;for(h=0;h<4;h++)//初始化为零 { display[h]=0;} reset();write_s(0xcc);write_s(0x44);for(h=0;h<100;h++)//显示0保持 scan_led();while(1){ convert_t(read_1820());//读出并处理 scan_led();//显示温度 } }
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