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　　摘要：传感器技术是当前我国重点关注的现代技术手段之一，被广泛应用于各行各业，对促进产业自动化发展具有重要意义。文章阐述了断路器的工作原理和发展趋势，并对MF51半导体热敏电阻的特性进行了探讨，*后对稳压电路、电压跟随电路、整体电路等硬件设计进行了分析。

　　关键词：低压断路器;温度传感器;热敏电阻

　　随着我国科学技术的不断发展，各行各业都开始将各种新兴技术应用到生产过程中，一定程度上提高了生产效率，同时也为生产过程提供了许多有参考价值的数据信息，有效降低了生产难度，对我国自动化产业的发展起到了至关重要的作用[1]。传感器技术作为当前应用较为广泛的技术，以其为基础的传感器为众多产业的生产提供了很多便捷[2]。低压断路器是一种开关电器，其不仅能对负荷电流和过负荷电流进行接通和分断，同时还可以对短路电流进行接通和分断，低压断路器在电路中既可起到控制作用，还可以起到一定的保护作用[3]。文章对以MF51半导体热敏元件为感温元件的低压断路器触头温度传感器的技术进行研究，详细研究内容如下。

　　1低压断路器工作原理及发展趋势

　　1.1低压断路器工作原理

　　低压断路器也常被称为自动空气开关，其不仅具有闸刀开关的功能，同时还兼具过电流继电器、失压继电器、热继电器、漏电保护器的全部或部分功能，是常用于低压配电网中的保护电器。低压断路器以经典五连杆机构为本体结构，四连杆和五连杆机构之间的转换以及主弹簧和触头弹簧的共同作用是低压断路器的主要原理[4]。低压断路器的主触点既可手动操作，也可利用电动合闸，当主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上，过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路形成串联，欠电压脱扣器的线圈则与电源形成并联。当电路过载时，热脱扣器上的热元件通过发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作;当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁便会释放，并且也会发生自由脱扣机构动作[5]。分励脱扣器可实现远距离控制，在正常工作情况下线圈处于断电状态，需要远距离控制时，仅需要按下启动按钮，便可实现线圈的通电。

　　1.2低压断路器发展趋势

　　低压断路器的市场需求与我国电力事业的发展有直接联系，并且与低压电器的发展也具有重要关联，据统计，我国低压电器产品的年销量已达600亿以上，低压电器产品的销售利润为7%，可见低压断路器在我国依然具有一定的发展空间。随着我国年发电量的不断提高，以及电力相关行业的大力发展，我国低压断路器的市场需求量在未来几年依然会处于增长趋势[6]。智能电网发展至今，逐渐被人们所关注，并且在智能电网的影响下，低压电路的发展方向也逐渐向智能化和通信化靠拢，同时低压电器的发展也可有效促进智能电网的快速发展，并逐渐成为智能电网的低压用户端产业。电网智能化作为一个以电网运行安全可靠、经济高效、保护环境为主要目标的发展项目，低压断路器是实现电网智能化的重要元件，因此借助有效技术提升低压断路器的安全性和运行稳定性尤为重要[7]。

　　2感温元件的特性

　　高质量的感温元件可有效提高温度测量的准确性，因此在选择感温元件时需要特别关注其质量。本文所研究的低压断路器触头温度传感器，其中使用的感温元件为MF51半导体热敏元件。作为一种新型的感温元件，MF51半导体热敏元件体具有以下特点：**，体积较小，结构简单，并且可以实现点温测量;第二，具有较小的热惯性，并拥有高电阻率和较大的电阻温度系数，可以实现动态测量;第三，相比其他感温元件制造和维护难度较小，且使用寿命较长;第四，交互性差，非线性严重[8]。热敏电阻*基本的特性则表现为电阻与温度之间有一定关系，而电阻与温度之间的关系还能有效反映出热敏电阻的性质，但是无论何种热敏电阻，温度处于规定值内时可确保电阻保持特性，然而温度超出规定值则导致电阻的特性受到破坏。在使用热敏电阻时需要保证在工作电流较小的情况下工作，避免热敏电阻出现自身加热的状况，从而确保工作能温度处于正常温度范围内。MF51半导体热敏元件中温度与电阻的特性关系如图1所示。通过图1可知，MF51半导体热敏元件的电阻值会随着温度的升高而降低，这种电阻与线性电阻有较大差别，前者能显现一种负阻态特性，MF51半导体热敏元件的温度系数则可利用如下公式表示：(1)通过式(1)可知，MF51半导体热敏元件的温度系数并不是一个固定的常数，会在温度不断降低的情况下不断升高，可将MF51半导体热敏元件中电阻与温度之间的关系表示如下：(2)MF51半导体热敏元件的测温范围一般情况下在-50℃～350℃，在温度测量、温度补偿、温度控制等操作中均可使用MF51半导体热敏元件，并获得较好的应用效果。由于MF51半导体热敏元件中电阻与温度的关系呈非线性，在使用时则必须对这种特性进行全面分析，正常情况下，半导体热敏元件有电流通过时也会产生热量，热敏元件连接的电压越低、电流越小，所产生的热量就会越低，对测量精度的影响则会显著降低，因此需要低压断路器以确保MF51半导体热敏元件能在低压低电流下工作，从而不会对测量精度造成过多影响[9]。

　　3硬件设计

　　3.1稳压电路

　　文章研究的低压断路器触头温度传感器，选用电路为TL431BCD2.5V稳压电路，其中三端可调分流基准源属于稳压二极管，具有较强的热稳定性，可以将输出电压设置为2.5V～36V的任意电压。文章借助Multisim软件构建一个TL431BCD2.5V的稳压电路，在这个稳压电路中，型号为TL431BCD的稳压二极管两端均可以输出一个2.49V的稳定电压，通过电阻实现串联分压后，可以输出一个1V的固定电压，后续电路的基准电压则可利用此电压。

　　3.2电压跟随电路

　　低压断路器触头温度传感器选用电压跟随电路为LM358AD的电压跟随电路，借助Multisim软件绘制电路图，输入电压经电阻加到运放的同相输入端，同时输出电压直接在导线的帮助下连接到运放的反相输入端，构成一个电压串联负反馈放大电路。电路中，输出电压与输入电压的大小基本无差别。相比其他类型的电压跟随电路，LM358AD电压跟随电路具有输入阻值高、输出阻抗低等主要特点，在电路中可起到缓冲和隔离的作用。

　　3.3整体电路分析

　　在TL431BCD稳压电路输出2.49V的稳定电压之后，通过由可调电阻R4和10kΩ组成的分压电路进行分压处理，分压后获得1V的基准电压，1V基准电压在电压跟随电路的引导下供MF51半导体热敏元件和3.3kΩ电阻R6串联分压，通过对R6两端电压和通过RV1的电流进行精准测量，则可有效计算出热敏电阻的阻值。

　　4结束语

　　温度传感器是当前广泛应用于农业生产、工业生产等领域的技术手段之一，在农业领域，可帮助农户实时了解养殖环境的温度，实现动态测温，温度传感器将温度信息传输给农户后，一方面可直接对数据进行处理分析，通过自动化技术对养殖环境进行调温处理，另一方面则可由农户根据温度状况对养殖环境实施温度调节，保证农作物或牲畜在良好的温度环境下健康生长，对促进农畜产品产量和品质的提升具有重要意义;在工业领域，当需要对某一零件进行热加工处理时，温度传感器能实时对温度进行精准测量，从而避免因温度过高造成对零件的损害，或因温度过低而影响零件加工质量，确保工业的高精度生产，提升零件加工质量，对促进高精度工业生产的发展具有重要意义。本文研究的低压断路器触头温度传感器适用于多种低压产品，但是对MF51半导体热敏元件中电阻与温度之间线性关系进行计算的过程中，仍然存在一些误差，在传感器设计过程中也存在一些不足，因此在接下来的设计工作中需要通过采取一系列措施降低误差、弥补不足，从而有效提高低压断路器触头温度传感器的性能，提高其在低压产品中的应用价值。

　　参考文献：

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　　[2]钱超,王艳武,曹书栋.船舶动力装置温度传感器原位检测技术研究[J].兵器装备工程学报,2020,41(2):158-161.

　　[3]陈逸清,崔文德,裴雅鹏,等.匀速升降温激励法温度传感器校准技术研究[J].宇航计测技术,2019,39(6):31-36.

　　[4]孙偲晟.动态过采样技术在分布式光纤温度传感器中的应用[J].光通信技术,2020,44(1):10-13.

　　[5]杨胜良,冯晓娟,林鸿,等.实用氦气声学温度计初步研究[J].计量学报,2020,41(6):633-639.

　　[6]姬魁.煤矿胶带输送机综合保护控制系统硬件设计研究[J].能源与环保,2020,42(5):109-112.

　　[7]隋微波,张迪,王梦雨,等.智能完井温度监测技术在油气田开发中的应用及理论模型研究进展[J].油气地质与采收率,2020,27(3):129-138.

　　[8]薛渊泽,王学锋,唐才杰,等.高温再生光纤光栅温度传感器封装技术[J].传感器与微系统,2019,38(5):49-51.

　　[9]孙月,侯效春,李轻言.无人机与多传感器的精准农业系统研究[J].单片机与嵌入式系统应用,2020,20(6):53-55.

　　作者：宫丽男 单位：长春职业技术学院

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