PDF《贝克一种自供能温差监测仪的设计与实现》

收稿日期: 2016-12-01 * 基金项目: 国家自然科学基金项目( 61640016) , 广西高校科研 项目( YB2014102) 作者简介: 文春明( 1969-) , 男, 教师, 博士, 教授, 主要研究方向 为智能控制、 无线传感网络, 仪器仪表.

一种自供能温差监测仪的设计与实现 * 文春明, 文国富, 覃晓, 王丽佳, 赵玉鲜, 蒋铁影, 段文华 ( 广西民族大学信息科学与工程学院 广西南宁, 530006) 摘要: 温度是生产、 生活等方面中的一个重要参数, 温差监测在生产、 生活中有着重要作用.本文针对温差监测的需求, 设计出一种无需外接电源的自供能温差监测系统, 该系统以温差发电的方式利用欲监测环境中的温差, 将温差的高低转换为电 压的幅值, 以不同颜色的 LED 灯颜色和亮度等信息进行监测.最后通过实验验证了该系统设计的可行性. 关键词: 温差发电;

监测;

转换电路;

自供能 中图分类号: TP216 文献标识码: B DOI 编码: 10. 14016/j.cnki. 1001-9227. 2017. 06.

075 Abstract: Temperature is an important parameter in the field of production and life.The detection of temperature difference plays an important role in the production and life.In this paper, aiming at the demand of temperature difference detection, we designed a kind of temperature difference detection system which can operation without external power supply.Using the environment temperature difference by the characteristics of thermoelectric power generation, the system converts the temperature difference to the amplitude of voltage, and re- flect the temperature difference by different color LED light color and brightness.At last, by experimental tests show the feasibility of the system design. Key words: thermoelectric generator;

detect;

transform circuit;

self-energized

0 引言 温度是一种最基本的环境参数, 人们的生产、 生活与温度 息息相关, 尤其在工农业生产过程中需要实时测量温度、 温差 等参数 [1-7 ] , 因此研究温差的测量方法和装置具有重要的意 义.温差监测在产品质量控制和监测、 设备在线故障诊断和 安全保护以及节约能源等方面发挥了重要作用, 随着工农业 技术的发展及人们对生活环境要求的提高, 迫切需要研究和 开发温差监测技术.目前的温差监测是用两个或多个温度传 感器测出各自所处位置的温度, 之后再对获得的温度值进行 比较, 因此系统复杂且需要供电.对于温差利用的研究有一 些, 但现有的国内外对温差发电技术的研究与应用均从能源 开发角度 [8-14 ] , 未见有关利用温差发电进行监测的报道.本 文设计的系统无需外接电源, 选用低功耗器件, 利用温差发电 技术及转换电路进行自供能, 实现温差的无源监测.

1 基本原理 1.

1 温差发电的基本原理 温差发电的基本原理是温差发电效应, 也称之为塞贝克 ( Seebeck) 效应, 德国科学家塞贝克于

1821 年首先发现.它 是指由于两种不同金属或半导体其构成的闭合回路中因温度 不同而引起两种物质间的电势差的现象.如图

1 所示, A、 B 两种不同导体构成的回路, 如果两个结点处的温度不同( T1 和T2 不等) , 则回路中就会有电势差存在.其根本原因是由 于不同的导体所具有的自由电子密度不同, 当两种不同的导 体接触时, 在接触面上就会发生电子扩散, 电子的扩散速率与 两导体的电子密度有关, 并和接触区的温度成正比;