[基于磁致伸缩效应的超声波测温方法研究]超声波测温

相关热词搜索：

【关键词】磁致伸缩效应超声波温度测量

温度是一种与人们生活息息相关的基本

环境参数，是一个十分重要的物理量。温度是

国际单位制中七个基本物理量之一。在工业生

产、农业生产以及日常生活中都离不开温度的

文/于春和栾玉国

根据超声波在固体介质中传

播时，声速随温度的变化而改变

的特点，通过磁致伸缩效应进行

超声波的产生及接收，由系统对

数据进行运算处理，从而实现对

温度的测量。该测量方法适应于

目前绝大多数环境下的温度测量，

尤其对高温测量更为精确。给出

硬件原理图及软件实现的基本流

程图，对测温过程进行阐述，并

通过实验测量及分析，实现了简

单电路下的准确测温。该方法是

对温度测量方法的又一种尝试。

摘要

测量，因此对于研究温度测量方法及装置具有

重要的意义。

传统的热电偶、热电阻测温方法以其技

术成熟、结构简单、使用方便等特点，在未来

温度测量领域中，依然能够广泛使用。随着新

材料、新工艺以及一些新技术的发展，温度的

测量正在从模拟式向数字式，集成化向智能化、

网络化的方向飞速发展，并朝着多功能、高精

度、高可靠性等高科技的方向迅速发展。

测量温度的方法虽然有很多种，但是对

于高温测量、腐蚀性介质的温度测量以及高电

压环境等特殊温度的精确测量，需要结合测试

条件选择合适的测量方法才能完成，同时要求

测量者熟悉其测量方法的特点及原理，而这还

需要我们不断去寻求新的测量方法，并改进心

有测量技术，从而满足各种条件下对温度测量

的需求。

1 温度测量原理

1.1 磁致伸缩效应

所谓磁致伸缩效应是指铁磁性物质在外

加磁场的作用下，沿长度方向其尺寸伸长或缩

短，而在去掉外加磁场后又恢复到原来的长度。

这种现象是焦耳（J.P.Joule）在 1842 年发现的，

因此又称为焦耳效应。利用这一特性，可控制

外加磁场使其产生轴向的机械振动，从而激发

出超声纵波。相反，磁化了的铁磁棒发生形变

SKKT27B12E 可控硅实测如下：控制极G 与

阴极K（如引脚“4 和5”）之间电阻约20 欧

姆，阳极A 与阴极K（如引脚“1 和2”）、

阳极A 与控制极G（如引脚“1 和4”）之间

均为开路。

因此，在可控硅日常维护及检修中，如

果出现以下现象：控制极G与阴极K之间开路、

阳极A 与阴极K 之间短路、阳极A 与控制极

G 之间短路，则可判断此可控硅异常（在测量

控制极正反向电阻时，万用表应切换至R*10

或R*1 档，防止电压过高将控制极反向击穿）。

4 IGBT模块的维护检修

IGBT 是由双极型三极管和绝缘栅型场效

应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导

体器件，具有高输入阻抗和低导通压降的优

点。在城市轨道交通通信系统所使用的中性

UPS 设备中，IGBT 器件应用于FPC（Power

Factor Correction，即功率因数校正）整流模块

和DC/AC 逆变模块。IGBT 工作频率范围大，

可实现高频脉宽调制电流，有效减少谐波电流

的含量，达到绿色电源系统的标准。

IGBT 在UPS 系统中经常受过负荷、容性

或感性负载冲击等影响，容易损坏。在使用过

程中，可利用IGBT 的结构特点，选用指针式

万用表进行日常维护及检修。IGBT 的三个电

极分别为门极（G）、发射机（E）和集电极（C）。

正常的IGBT 在检测时，将黑表笔C 极，红表

笔接E 极，万用表指针处于零位；将手指同

时触及G 极和C 极，此时IGBT 被触发导通，

由于E 极和C 极间的导通电阻较小（几欧姆~

几百欧姆），万用表指针摆向阻值较小的方向，

并稳定在某一位置；最后，再将手指同时触及

G 极和E 极，此时IGBT 被阻断，万用表的指

针回零。在检修过程中，必须将指针式万用表

切换至R*1KΩ 档或以上档位，否则其内部电

池电压太低，无法使IGBT 导通，进而无法判

断IGBT 的好坏。

本文选用Infineon 公司的IGBT 模块

FS35R12KT3 作为参考，其内部结构示意图

如图2 所示，等效于三组IGBT 半桥式开关电

路。在日程维护检修中，可利用指针式万用表

分别检测FS35R12KT3 的六组IGBT 引脚（如

“1,2,25”或“3,4,27”等），如果都满足上述

正常IGBT 的判断条件，则可判断该模块是正

常的；如果发现存在某个IGBT 检测异常，则

表示该模块已损坏，应更换整块FS35R12KT3

模块，确保UPS 的整流模块和DC/AC 逆变模

块能正常运行。

5 总结

本文介绍了UPS 系统中常见功率易耗件

的类型及功能，重点探讨直流母排、可控硅模

块和IGBT 模块的作用，并探究了上述三种器

件的维护检修方法，为日常故障判断及处理提

供技术参考，能够有效提高日常维保工作的故

障处理效率。

参考文献

[1] 朱学治.UPS 系统设计与实现[J]. 铁路计

算机应用,2004,13(11):40-42.

[2] 王文勇. 单向可控硅的触发问题解答[J].

电子制作,2005,10:034.

[3] 王力坚.UPS 的 IGBT 整流技术[J]. 中国

金融电脑,2007(02):77-79.

作者单位

广州地铁集团有限公司广东省广州市

510000