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用于低温应用的光纤温度传感器

时间:2019-09-29   来源:vr赛车电子  编辑:热敏电阻厂家  浏览:

简介:
温度传感器对于各种日常vr赛车至关重要。例如,家用烤箱,冰箱和恒温器依靠温度保持和控制以正常运行。温度控制在以下领域也有应用科学和工程学,例如保持温度在理想的设定点对反应堆进行监控,
监控可能发生失控的温度
反应以确保人身安全并维持溪流温度释放到环境中以最小化有害影响。
人们通常将温度感知为“高温”,“高温”或“低温”,但是在科学中在工程上需要精确,定量的温度测量准确地控制过程。这是通过使用温度来实现的传感器和温度调节器,用于处理从传感器接收到的信号。从热力学角度来看,温度测量的是混沌的分子运动。
当热量添加到系统中时,分子运动
升高,系统温度升高。很难但是,要直接测量这种分子运动的能量,因此温度传感器通常设计为测量随响应而变化的属性温度。然后,使用以下工具将设备校准到传统的温度范围:标准(如已知压力下水的沸点)。
温度传感器的全球市场竞争激烈,玩家。温度是最常测量的参数之一,许多行业中使用的温度传感器(如果不是全部)。其实温度应用范围很广,从关键过程控制到保持舒适感汽车内的水平。有几种vr赛车可用于衡量温度,但温度传感器大致可分为两种类别:接触式和非接触式。
顾名思义,接触温度传感器必须与物体接触被测温度假设传感器和物体是在热平衡中。接触温度传感器的示例包括热电偶,电阻温度检测器RTD,热敏电阻和集成式电路(IC)传感器。非接触式温度传感器,例如红外(IR)传感器,读取物体发射的一部分电磁能,然后进行测量其强度决定温度。

一些接触温度传感器vr赛车已经存在了数十年并且被认为是成熟和静态的。非接触式温度传感器相比之下,vr赛车更具动态性(仍在日趋成熟),并有望显示鉴于它们在众多应用中的使用日益增加,因此实现了更高的增长。尽管某些vr赛车领域,整体温度传感器和
假设2011年至2015年期间发射机市场将增长,许多新兴经济体的经济状况稳定。环境立法和垂直市场细分市场的需求,例如汽车和预计电信行业也将为电信行业的增长做出贡献。温度传感器和变送器市场。考虑到2011年全球温度传感器市场的收入,
化工和石化行业中使用的温度传感器和变送器贡献最大,占2011年总收入的19.3%(图1)。
石油,天然气,冶金和汽车行业是产生这些影响的其他主要最终市场全球温度传感器和变送器市场的可观收入。这些行业使用大多数不同类型的温度传感器vr赛车[2]。

图1 2011年全球温度传感器市场的创收情况
当前,温度传感器的用途非常广泛,尤其是在工作范围内由于需要对电子设备进行监视和控制,因此接近室温设备。但是,随着新vr赛车的发展,通常需要达到极限温度。这些限制是在以下情况下出现重大困难的根源建筑传感器,因为材料的物理特性相对于那些通常在室温下。
在低温情况下尤其如此将温度降低到接近零的绝对值会改变性能的应用所有材料。它们的晶体结构变得越来越紧凑,并且晶格振动趋于停止,因为热能不足以激发声子。行为发生变化的温度称为“德拜温度”是每种材料的特征。
因此,较低的温度越低,材料的物理温度低于该温度特性几乎与温度无关。因此很难找到一种好的低于给定材料的德拜温度的测温特性。在最先进的研究中心,例如使用大颗粒的研究中心加速器,其中低温对于正常运行至关重要在科学界拥有独特的设备,并且具有极高的财务价值,能够在这些温度范围内工作的传感器至关重要。他们服务于监视执行操作所需的一组复杂设备的条件实验,并确保设备本身的安全。在过去的二十年中,光纤传感器的接受度越来越高以及广泛用于民用结构传感和监测应用工程,航空航天,海洋,石油和天然气,复合材料和智能结构[。
光纤传感器的操作和仪表已广为人知,并且发达。光纤传感器,特别是FBG,具有抗干扰性等显着优势沿光路的电磁干扰和功率波动很大精度,耐用性,紧凑的尺寸,易于复用大量传感器沿着单根光纤,具有抗腐蚀性和减小的电缆尺寸[。
FBG已成为最突出的传感器,并越来越被接受由工程师进行,因为它们对于执行应变和温度特别有吸引力在恶劣环境下的测量,例如在存在电噪声的情况下,常规传感器无法做到的电磁干扰和机械振动操作。 [8]光纤布拉格光栅(FBG)传感器的关键研究领域包括FBG制造,FBG解调和实际应用
此外,它受到光的刺激,可以最大程度地降低驱动器中的功耗。样品,同时提供与大多数应用程序兼容的精度。 响应时间考虑到传感器尺寸小,该值可能较低。 而且,如今频谱信号可以使用市售设备轻松处理。这些功能使此类传感器成为监控的首选解决方案需要高电磁场的环境,例如与使用超导磁体的基础设施。

动机
在低温下运行的系统变得越来越重要在能源,交通和医疗vr赛车领域。典型操作温度由氦气(4.2K),氢(20.3K)和氮气(77.4K),但通过冰箱冷却可以在任何温度下运行在3.7 K至100K的温度范围内。应用于低温系统的材料(例如超导体)通常非常易碎,但常规材料在冷却时也会改变其性能下。
另一方面,在冷却或冷却过程中会产生机械应力。对电磁力起反作用的超导磁体。因此,超越温度控制,监测结构完整性也是冷冻vr赛车的重要任务。在低温和高电磁场的环境中工作时,选择合适的传感器类型存在局限性。什么时候使用电传感器时,信号线的导热率(每条4线测量位置)以及在强磁场中感应的磁阻和寄生电压磁场(可以认为强磁场的产生是其中之一)低温vr赛车的主要应用)是难以解决的常见问题减轻。例如,众所周知[12],传统的电阻应变应变计(RSG)显示其应变相关电的不连续性不断增加电阻随温度降低(在T = 20 K和4.2 K之间)。
也是标准
低温传感器(例如硅二极管或电阻器)会受到磁性的影响领域。

低温FBG传感器在温度监测中具有潜在的应用禁止电火花的超导磁体支撑结构或基于电的传感器容易受到强磁场和辐射的影响;使用液态氢氧火箭发动机的航天器,其零件为暴露于低温下的储存或运输容器中的冷冻剂或液体易燃的氢燃料箱以及粒子物理实验
但是,众所周知,裸FBG的温度敏感性接近
低温温度太低,无法实际应用[16]。加强因此,FBG的温度敏感性非常重要,不仅对于温度传感在低温下,也使这项vr赛车的应用范围扩大到传感应用。
由于二氧化硅含量低,这些传感器的低灵敏度可能的解决方案热膨胀系数(CTE)用于在结构上将FBG连接到某些CTE较高的材料,从而使FBG传感器因主机变形材料

目标
该项目的主要目标是开发用于低温的FBG传感器温度。 该传感器应该能够呈现出至少10 pm/K,范围从10到40K。为了实现这一主要目标,人们设想通过用高CTE的金属进行涂层,以及改善纤维之间的附着力和带有薄金属缓冲层的金属。因此,确定最佳的传感器涂层vr赛车和更高的成本有效的需要进行。

在许多需要热电偶的行业中,热电偶是温度传感器的首选。稳定的传感器,具有快速响应时间,易用性,低成本和用户优势熟悉。化工和石化行业也使用大量RTD因为传感器可以在高温下运行并且与具有挑战性的工业环境。
红外(IR)传感器已在多个垂直市场中使用,包括广泛用于塑料,金属以及食品和饮料中
行业,他们正在进入过程应用程序。加工行业正在成为红外温度传感器的最大购买者用于发现缺陷和测量表面温度。
使用
估计过程工业中的红外温度传感器产生29.3%2011年的收入份额,预计到2015年将进一步增长[2]。食品和饮料行业中的红外感应用于检测食品中的即时变化温度降低变质的风险并减少疾病的机会。驱动程序对于这个市场,包括政府法规,需要将食物浪费了,需要减少拒收的批次数量。
食物和
饮料行业对红外传感器的使用可能占总数的5.4%2011年温度传感器收入[2]。IC温度传感器可用于各种行业中小型,低成本传感器,可提供精确的温度测量。收入温度传感器在计算机和消费电子vr赛车中的使用占主导地位IC温度传感器市场的总收入。
个人趋势
计算行业,例如较小的系统尺寸,更快的处理器以及对支持更强大的应用程序,因此必须监控热量加上台式机和便携式计算机的强劲销售,很可能会继续支持这个市场。 2011年,IC温度传感器在半导体和电子行业占该行业收入的13.5%。总温度传感器市场[2]。
热敏电阻用于汽车,HVAC(加热,通风和空调),医疗,电信,消费电子和某些工业应用。由于操作范围狭窄,加工行业使用的热敏电阻较少温度范围。预计热敏电阻市场将受到以下方面的推动:亚太地区和新兴经济体中的汽车市场东欧和拉丁美洲由于温度需求的增长测量车辆的燃油效率和乘客舒适度。合计温度传感器市场,汽车应用中的热敏电阻产生> 8.7占HVAC应用总收入的百分比和热敏电阻的使用占4.3%总收入