解讀溫度傳感器應用於物聯網+冷鏈行業

2020-11-30 RFID世界網

　　起文從溫度傳導理論知識解釋開始，以便於大家基礎知識一致並在同一語境下理解。

　　溫度(temperature)是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。在冷鏈行業主要體現在生鮮食品和醫藥兩大類，失溫導致食品變質不能食用，藥品不能達到療效，更甚導致人命關天的事故。

　　溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，從物聯網的角度測試動作往往是由溫度傳感器來完成。溫度傳感器如何感知溫度的變化，還要解釋一下溫度的傳導方式：熱傳導、對流和輻射。

　　1、熱傳導實質是由物質中大量的分子熱運動互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。比如一頭手握鐵棍在一頭加熱，不多時就會感覺燙手，就是指熱傳導方式。

　　2、對流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式，氣體的對流現象比液體明顯。對流還分為自然對流和強迫對流兩種，冷鏈行業中冷鏈車、冷鏈倉儲的製冷設備多採用強迫對流方式，來達到空間的溫度下降和溫度達標。當然對流過程中也會有熱傳導的參與，空氣和液體作為一種介質也能完成熱傳遞，但作為熱的不良導體，在其中的效果有限。

　　3、輻射是指物體因自身的溫度而具有向外以電磁波的形式發射能量的本領，如太陽的熱量就是以熱輻射的形式，經過宇宙空間再傳給地球的。冷鏈行業大部分的小型冷櫃多數採用輻射的方式。

　　熱傳導是一個複雜的過程，往往是互相交叉而綜合產生的結果。

　　說完基礎理論知識，我們回到主題。冷鏈行業在選用溫度傳感器的相關溫度測量設備時，供應商往往被客戶問到幾個問題：

　　1、溫度測量值準不準?

　　2、是外置溫度傳感器準確還是內置傳感器準確?

　　回答第一個問題，還是要從溫度傳感器的原理解釋說起，應用在物聯網冷鏈行業的電子溫度記錄儀，多用以下兩大類接觸式溫度傳感器：

　　1、模擬傳感器：NTC傳感器、PT傳感器，這類傳感器多利用傳感器本身因溫度變化而導致的電阻變化，進而通過電壓值AD數據化後再與溫度值與電壓值間的對比表來轉換獲取。這類傳感器的溫度準確性受到以下因素影響：

　　▲傳感器本身材質的一致性和可靠性;

　　▲電路設計中電壓基準源的一致性和穩定性;

　　▲電壓信號處理電路(放大器)的一致性和穩定性;

　　以上的差導，會導致溫度記錄儀的準確性和成本，相對而言PT的成本要高於NTC，準確度也高。

　　2、數據傳感器，即晶片傳感器。這類傳感器利用集成電路封裝了模擬電路，一致性較高也有利於開發，但成本較高，且可測試溫度範圍較窄。

　　在冷鏈行業以上兩類傳感器較為廣泛，除了乾冰和液氮環境使用PT外，NTC和晶片傳感器都可以針對性使用。

　　不同類型的傳感器都可以直接封裝在溫度記錄儀內部，也可以製作成探頭形式置於溫度記錄儀外部。從測試角度或是溫度校量實驗室角度，這兩種形式在溫度恆定環境下最終測量的溫度值都是準確的，但在實際冷鏈應用中因為環境差異所體現的差異也是存在和明顯的。

　　實際冷鏈環境的溫度往往是不完全恆定的，冷庫因為環境大，溫度較為恆定;冷鏈車，常開冷櫃溫度變化幅度大。內置傳感器的溫度記錄儀因為其外殼、電池、PCB等器件的蓄熱效果對內置傳感器產生熱輻射效果，從而提升整個溫度記錄儀的熱時間常數，最終體現出來的表象為：

　　1、 從室溫20度置於-20度環境後，溫度下降到-20度需要30分鐘，有些記錄儀甚至時延達60分鐘。

　　2、 對於溫度的變化響應滯後，且有可能忽略溫度變化而產生的峰值。

　　另外，有些含有無線通信功能的溫度記錄儀因為設計不合理原因，電路也會產品熱量，進一步導致溫度記錄儀測量不準確。相較而言，外置探頭形式的溫度記錄儀不存在以上問題。

　　綜合以上，在冷鏈應用中溫度相對恆定的環境且對溫度時延性要求不高的環境可以使用內置形式的溫度記錄儀;溫度變化大且對溫度較為敏感的環境，需要優先使用探頭外置形式的溫度記錄儀，如果實在因為結構問題無法使用外置形式的溫度記錄儀，也必須考慮對設備預先製冷。

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