CN110567607B - 一种温度传感器、信号采集电路及温度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度传感器、信号采集电路及温度检测装置，通过设置第一导电层与第二导电层，并使第一导电层与第二导电层具有正对面积且第一导电层与第二导电层之间间隔预设距离，使第一导电层与第二导电层形成电容结构。通过在第一导电层与基座之间设置填充在承载管中的温度敏感层，由于温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度可以随温度的变化而变化，以及使第二导电层的位置固定，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构的测量电容随温度敏感层厚度的变化而变化。从而在进行温度检测时，可以根据测量电容的变化以确定实际温度，以实现电容式温度传感器，进而可以提高温度传感器的抗电磁干扰能力，有利于应用于强电磁干扰的环境中。
Description
技术领域
本发明涉及温度检测技术领域，特别涉及一种温度传感器、信号采集电路及温度检测装置。
背景技术
温度传感器通常用于测量给定区域的温度。目前常用的温度传感器主要为热敏电阻式温度传感器，其具有结构简单、测量范围广、成本低等优点。然而，热敏电阻式温度传感器也具有一定的局限性，例如：抗电磁干扰能力差、抗雷击能力较差、精度不够高、可靠性不好等，从而导致热敏电阻式温度传感器在应用中受到诸多限制，例如在面临强电磁干扰等恶劣环境中不便于使用。
发明内容
本发明实施例提供一种温度传感器、信号采集电路及温度检测装置，用以解决现有技术中的温度传感器不利于在强电磁干扰环境中使用的问题。
本发明实施例提供了一种温度传感器，包括：基座、位于所述基座上的承载管，位于所述基座上且填充于所述承载管中的温度敏感层，以及依次位于所述温度敏感层背离所述基座一侧的第一导电层与第二导电层；其中，所述第一导电层与所述第二导电层具有正对面积，且所述第一导电层与所述第二导电层之间间隔预设距离；
所述温度敏感层在沿所述承载管的轴向方向上的厚度随温度的变化而变化；所述第一导电层与所述第二导电层形成的测量电容随所述温度敏感层厚度的变化而变化。
可选地，在本发明实施例中，所述第一导电层固定于所述温度敏感层上。
可选地，在本发明实施例中，所述第一导电层与所述第二导电层之间包括空气间隙或介质层；
所述介质层的厚度随所述温度敏感层厚度的变化而变化。
可选地，在本发明实施例中，所述温度敏感层的材料包括聚四氟乙烯。
可选地，在本发明实施例中，所述温度传感器还包括：位于所述温度敏感层与所述承载管之间的润滑剂。
可选地，在本发明实施例中，所述承载管包括陶瓷管。
可选地，在本发明实施例中，所述温度传感器还包括：覆盖所述承载管外表面的屏蔽层；所述屏蔽层与接地端电连接。
相应地，本发明实施例还提供了一种用于本发明实施例提供的温度传感器的信号采集电路，包括：第一充放电单元与处理控制单元；其中，
所述第一充放电单元被配置为响应于充放电控制信号，控制所述第一导电层与所述第二导电层形成的测量电容进行充电和放电；
所述处理控制单元被配置为根据所述测量电容确定实际温度。
可选地，在本发明实施例中，所述第一导电层与接地端电连接；所述第二导电层与所述处理控制单元电连接；所述第一充放电单元包括：第一恒流源和第一开关；
所述第一恒流源的第一端与所述第二导电层电连接，所述第一恒流源的第二端与所述接地端电连接；
所述第一开关的控制端用于接收所述充放电控制信号，所述第一开关的第一端与所述第二导电层电连接，所述第一开关的第二端与所述接地端电连接。
可选地，在本发明实施例中，所述信号采集电路还包括：第二充放电单元、标准电容以及差分放大单元；其中，所述标准电容的电容值和所述测量电容在初始温度时的初始电容值相同；所述第二导电层通过所述差分放大单元与所述处理控制单元电连接；
所述第二充放电单元被配置为响应于所述充放电控制信号，控制所述标准电容进行充电和放电；
所述差分放大单元被配置为接收所述测量电容在充电完成后的测量电压值以及接收所述标准电容在充电完成后的标准电压值，根据所述测量电压值与所述标准电压值，输出检测电压值；
所述处理控制单元被配置为接收所述检测电压值，根据所述检测电压值确定所述实际温度。
可选地，在本发明实施例中，所述第二充放电单元包括：第二恒流源和第二开关；
所述第二恒流源的第一端与所述标准电容的第一端电连接，所述第二恒流源的第二端与接地端电连接；
所述标准电容的第二端与所述接地端电连接；
所述第二开关的控制端用于接收所述充放电控制信号，所述第二开关的第一端与所述标准电容的第一端电连接，所述第二开关的第二端与所述接地端电连接；
所述标准电容的第一端与所述差分放大单元电连接。
可选地，在本发明实施例中，所述差分放大单元包括：差分运算放大器；
所述差分运算放大器的负相输入端与所述第二导电层电连接，所述差分运算放大器的正相输入端与所述标准电容的第一端电连接，所述差分运算放大器的输出端与所述处理控制单元电连接，用于输出所述检测电压值。
可选地，在本发明实施例中，所述处理控制单元被配置为根据所述检测电压值以及预先存储的检测电压值和实际温度的对应关系表，确定所述实际温度。
可选地，在本发明实施例中，所述处理控制单元被配置为根据所述检测电压值确定所述测量电容随温度变化的电容变化量；根据所述电容变化量的绝对值确定温度变化量；在所述电容变化量大于变化量阈值时，将所述初始温度加上所述温度变化量后的数值确定为所述实际温度；在所述电容变化量小于所述变化量阈值时，将所述初始温度减去所述温度变化量后的数值确定为所述实际温度。
可选地，在本发明实施例中，所述处理控制单元包括处理器。
相应地，本发明实施例还提供了一种温度检测装置，包括本发明实施例提供的温度传感器和信号采集电路。
可选地，在本发明实施例中，所述信号采集电路位于所述温度传感器的承载管中。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的温度传感器、信号采集电路及温度检测装置，通过设置第一导电层与第二导电层，并使第一导电层与第二导电层具有正对面积且第一导电层与第二导电层之间间隔预设距离，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构。并且，通过在第一导电层与基座之间设置填充在承载管中的温度敏感层，由于温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度可以随温度的变化而变化，以及使第二导电层的位置固定，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构的测量电容随温度敏感层厚度的变化而变化。从而在进行温度检测时，可以根据测量电容的变化以确定实际温度，以实现电容式温度传感器，进而可以提高温度传感器的抗电磁干扰能力，有利于应用于强电磁干扰的环境中。
附图说明
图1为本发明实施例提供的温度传感器的俯视结构示意图；
图2为图1所示的温度传感器在沿AA’方向上的剖视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第一导电层和第二导电层形成的电容结构示意图；
图4为本发明实施例提供的信号采集电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的信号采集电路的具体结构示意图之一；
图6为本发明实施例提供的充放电控制信号的时序图；
图7为本发明实施例提供的信号采集电路的具体结构示意图之二；
图8为本发明实施例提供的温度检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的温度传感器、信号采集电路及温度检测装置的具体实施方式进行详细地说明。应当理解，下面所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，附图中各图形的大小和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
本发明实施例提供的温度传感器，如图1和图2所示，包括：基座100、位于基座100上的承载管110，位于基座100上且填充于承载管110中的温度敏感层120，以及依次位于温度敏感层120背离基座100一侧的第一导电层130与第二导电层140。其中，第一导电层130与第二导电层140具有正对面积，且第一导电层130与第二导电层140之间间隔预设距离d。并且，温度敏感层120在沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随温度的变化而变化。第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容随温度敏感层120厚度的变化而变化。
本发明实施例提供的温度传感器，通过设置第一导电层与第二导电层，并使第一导电层与第二导电层具有正对面积且第一导电层与第二导电层之间间隔预设距离，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构。并且，通过在第一导电层与基座之间设置填充在承载管中的温度敏感层，由于温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度可以随温度的变化而变化，以及使第二导电层的位置固定，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构的测量电容随温度敏感层厚度的变化而变化。从而在进行温度检测时，可以根据测量电容的变化以确定实际温度，以实现电容式温度传感器，进而可以提高温度传感器的抗电磁干扰能力，有利于应用于强电磁干扰的环境中。
在具体实施时，温度敏感层具有热胀冷缩的特性。在本发明实施例中，可以使温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度随温度的增加而增加，则温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度随温度的减小而减小。进一步地，温度敏感层的材料可以包括任一种具有上述热胀冷缩特性的材料。例如，温度敏感层的材料可以包括聚四氟乙烯。当然，在实际应用中，温度敏感层的材料可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
进一步地，在室温下，温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度具有预设厚度，例如可以设置为15mm。当然，不同应用环境对室温下的预设厚度的要求不同，因此在室温下，预设厚度可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图2所示，第一导电层130固定于温度敏感层120上。这样可以使第一导电层130的位置随着温度敏感层120的厚度变化而变化。并且，第二导电层140位置固定，例如第二导电层140直接固定于承载管110上，或在承载管110中填充位于第二导电层140背离基座100一侧的绝缘层160，该绝缘层160固定于承载管110上，则将第二导电层140固定于的绝缘层160上。这样在第一导电层130的位置变化时，可以使第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容随之发生变化。进一步地，为了使第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容形成平行板电容，因此第一导电层130与第二导电层140之间任意间隔处均间隔相同的预设距离d。这样需要使温度敏感层120与第一导电层130接触的表面尽可能的平坦，以使第一导电层130与第二导电层140正对面积之间的预设距离d均相同。在实际应用中，不同的应用环境对预设距离d的要求不同，因此预设距离d可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图3所示，形成电容结构的第一导电层130与第二导电层140之间的间距为d，根据电容公式：C＝εS/4πkd，其中，C为第一导电层130与第二导电层140形成的电容结构的电容值，ε为第一导电层130与第二导电层140之间的介质的介电常数，S为第一导电层130与第二导电层140形成的电容结构的正对面积，k为静电力常数。在室温下，第一导电层130与第二导电层140形成的电容结构在室温下具有初始电容值C0：
其中，d0代表室温下，第一导电层130与第二导电层140之间的间距。当第一导电层130的位置随着温度敏感层的厚度变化而变化时，间距d也会变化。例如，第一导电层130的位置随着温度敏感层的厚度增加而上升时，间距d就会减小，这样第一导电层130与第二导电层140之间形成的电容就会增大，因此可以通过第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容，检测实际温度。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图2所示，第一导电层130与第二导电层140之间可以包括介质层150。该介质层150的厚度可以随温度敏感层120厚度的变化而变化。例如，在温度敏感层120厚度增加时，介质层150的厚度减少，并且，温度敏感层120增加的厚度与介质层150减少的厚度相同。进一步地，在具体实施时，介质层的材料可以为可压缩材料，例如橡胶。或者，第一导电层130与第二导电层140之间可以包括空气间隙。这样可以不用额外在第一导电层130与第二导电层140之间设置可压缩材料，从而可以节省材料成本。
并且，在具体实施时，也可以将第一导电层固定于温度敏感层面向基座一侧，将第二导电层固定于温度敏感层背离基座一侧。并且为了可以使温度敏感层具有热胀冷缩的空间，因此可以在第一导电层与基座之间设置介质层或空气间隙；和/或，在第二导电层背离基座一侧设置介质层或空气间隙。这样也可以实现电容式温度传感器。具体地，在温度敏感层的厚度随着温度变化时，可以使得位于温度敏感层两侧的第一导电层和第二导电层的之间的距离发生变化，进而也可以导致第一导电层130与第二导电层140之间形成的电容变化。
由于物体与物体接触时会有摩擦力存在，为了降低温度敏感层与承载管之间的摩擦力，提高温度敏感层随温度变化敏感度，在具体实施时，在本发明实施例中，可以设置位于温度敏感层与承载管之间的润滑剂。这样可以减小摩擦力对温度敏感层的厚度随温度变化的影响。
为了进一步提高温度传感器的抗电磁干扰能力，在具体实施时，承载管可以包括陶瓷管。这样采用陶瓷材料制备承载管，可以进一步提高温度传感器的抗电磁干扰能力。并且，由于陶瓷材料还具有耐高温、耐腐蚀、耐高压、硬度高以及绝缘性好的特性，从而还可以将本发明实施例提供的温度传感器应用于易燃易爆环境中、腐蚀性环境中以及高压环境中进行温度检测。
进一步地，为了使温度传感器可以避免静电荷的干扰，提高灵敏度，在具体实施时，如图2所示，温度传感器还可以包括：覆盖承载管110外表面的屏蔽层170，且屏蔽层170与接地端电连接。其中，屏蔽层170的材料可以包括金属材料，例如Cu。这样可以通过屏蔽层170形成静电屏蔽，以避免静电对温度传感器的温度检测的干扰。从而可以使温度传感器应用于带有静电荷的环境中进行温度检测。
在具体实施时，第一导电层与第二导电层的材料可以分别包括金属材料，例如Cu、Al，在此不作限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种用于本发明实施例提供的上述温度传感器的信号采集电路，如图4所示，可以包括：第一充放电单元410与处理控制单元420。其中，第一充放电单元410被配置为响应于充放电控制信号CON，控制第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容进行充电和放电。处理控制单元420被配置为根据测量电容确定实际温度。
本发明实施例提供的信号采集电路，通过第一充放电单元响应于充放电控制信号，以控制第一导电层与第二导电层形成的测量电容进行充电和放电。以及通过处理控制单元根据测量电容确定实际温度。这样可以实现电容式温度检测的功能。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。需要说明的是，本实施例中是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。
实施例一、
在具体实施时，在本发明实施例中，如图5所示，第一导电层130与接地端GND电连接；第二导电层140与处理控制单元420电连接。第一充放电单元410可以包括：第一恒流源I1和第一开关K1。其中，第一恒流源I1的第一端与第二导电层140电连接，第一恒流源I1的第二端与接地端GND电连接。第一开关K1的控制端用于接收充放电控制信号CON，第一开关K1的第一端与第二导电层140电连接，第一开关K1的第二端与接地端GND电连接。具体地，第一恒流源I1可以输出电流i1，并且，i1的具体数值可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图5所示，处理控制单元420可以包括处理器。其中，处理器预先存储有测量电容在随温度变化后的电压值和实际温度的对应关系表。这样使得处理器通过获取到测量电容在变化后的电压值，并根据获取到的测量电容在变化后的电压值以及预先存储的上述对应关系表，可以确定出实际温度。在实际应用中，处理器可以为结合软件和硬件方面的实施例的形式。并且上述对应关系表可以是通过多次试验得到的，在此不作限定。
下面以图5所示的信号采集电路为例，结合图6所示的充放电控制信号CON的时序图，对本发明的工作过程进行详细说明。
在对环境进行温度检测时，首先，在t1时间内，充放电控制信号CON控制第一开关K1断开，以使第一恒流源I1通过电流i1对测量电容充电i1*t1。之后将温度传感器设置于所要检测的环境中后，温度敏感层120沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随环境中的温度增加时，第一导电层130朝向第二导电层140移动，使得第一导电层130与第二导电层140之间的间距减小为：d0-Δd1。则此时，第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容的电容值C1满足公式：
此时，测量电容变化后的电压值U1可以为：
处理器可以通过检测得到的测量电容的电压值U1可以计算出C1，从而根据C1得到环境中的实际温度。进一步地，为了减少处理器的工作量，还可以在处理器中预先存储测量电容在充电后的电压值和实际温度的对应关系表，以使处理器通过检测得到测量电容的电压值U1，根据上述对应关系表，可以确定出电压值U1对应的实际温度，从而可以检测得到环境中的实际温度。
在温度敏感层120沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随环境中的温度减小时，第一导电层130背离第二导电层140移动，使得第一导电层130与第二导电层140之间的间距增大为：d0+Δd2。则此时，第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容的电容值C2满足公式：
此时，测量电容变化后的电压值U1满足：
处理器通过检测得到测量电容的电压值U1，根据上述对应关系表，可以确定出电压值U1对应的实际温度，从而可以检测得到环境中的实际温度。
需要说明的是，第一开关K1在充放电控制信号CON的t2时间内闭合，以将第二导电层140与接地端GND导通，从而控制测量电容放电。
实施例二、
考虑到电路线路中的杂散电容以及温度传感器内导电层与周围导体构成的电容等所形成的寄生电容，会降低温度传感器的灵敏度，导致工作不稳定，从而使测量信号湮没在噪声信号中，加大了后续信号检测的难度，所以需要消除寄生电容对电容式温度传感器的影响。因此，如图7所示，信号采集电路还可以包括：第二充放电单元430、标准电容CST以及差分放大单元440。以通过标准电容CST作为基准电容，降低噪声信号的影响。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图7所示，第一导电层130与接地端GND电连接；第二导电层140与处理控制单元420电连接。第一充放电单元410可以包括：第一恒流源I1和第一开关K1。其中，第一恒流源I1的第一端与第二导电层140电连接，第一恒流源I1的第二端与接地端GND电连接。第一开关K1的控制端用于接收充放电控制信号CON，第一开关K1的第一端与第二导电层140电连接，第一开关K1的第二端与接地端GND电连接。具体地，第一恒流源I1可以输出电流i1，并且，i1的具体数值可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图7所示，标准电容CST的电容值和测量电容在初始温度时的初始电容值相同。测量电容的初始电容值可以为测量电容在室温下的电容值C0。第二导电层140通过差分放大单元440与处理控制单元420电连接。第二充放电单元430被配置为响应于充放电控制信号CON，控制标准电容CST进行充电和放电。差分放大单元440被配置为接收测量电容在充电完成后的测量电压以及接收标准电容CST在充电完成后的标准电压值，根据测量电压与标准电压值，输出检测电压值。处理控制单元420被配置为接收检测电压值，根据检测电压值确定实际温度。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图7所示，第二充放电单元430可以包括：第二恒流源I2和第二开关K2。其中，第二恒流源I2的第一端与标准电容CST的第一端电连接，第二恒流源I2的第二端与接地端GND电连接。标准电容CST的第二端与接地端GND电连接。第二开关K2的控制端用于接收充放电控制信号CON，第二开关K2的第一端与标准电容CST的第一端电连接，第二开关K2的第二端与接地端电GND连接。标准电容CST的第一端与差分放大单元440电连接。具体地，第二恒流源I2可以输出电流i2，并且，i2的具体数值可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，第一恒流源I1的输出电流i1和第二恒流源I2的输出电流i2相同，以分别为测量电容和标准电容充电。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图7所示，差分放大单元440可以包括：差分运算放大器OP；其中，差分运算放大器OP的负相输入端与第二导电层140电连接，差分运算放大器OP的正相输入端与标准电容CST的第一端电连接，差分运算放大器OP的输出端与处理控制单元420电连接，用于输出检测电压值。其中，差分运算放大器OP输出的检测电压值ΔU为：ΔU＝U1-Ucst；U1代表第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容在充电完成后的测量电压值，Ucst代表标准电容CST在充电完成后的标准电压值。
在具体实施时，处理控制单元可以被配置为根据检测电压值以及预先存储的检测电压值和实际温度的对应关系表，确定实际温度。在本发明实施例中，如图7所示，处理控制单元420可以包括处理器。在实际应用中，处理器可以为结合软件和硬件方面的实施例的形式。并且上述对应关系表可以是通过多次试验得到的，在此不作限定。
下面以图7所示的信号采集电路为例，结合图6所示的充放电控制信号CON的时序图，对本发明的工作过程进行详细说明。
在对环境进行温度检测时，首先，在t1时间内，充放电控制信号CON控制第一开关K1断开，以使第一恒流源I1通过电流i1对测量电容充电i1*t1。之后将温度传感器设置于所要检测的环境中。在温度敏感层120沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随环境中的温度增加时，第一导电层130朝向第二导电层140移动，使得第一导电层130与第二导电层140之间的间距减小为：d0-Δd1。则此时，第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容的电容值C1满足公式：
测量电容在变化后的测量电压值U1可以为：
由于标准电容CST的电容值与测量电容的初始电容值C0相同，并且在t1时间内，充放电控制信号CON同时也控制第二开关K2断开，以使第二恒流源I2通过电流i2对标准电容CST充电。因此，在t1时间内，标准电容CST在充电后的标准电压值Ucst满足：
因此，差分运算放大器OP输出的检测电压值ΔU为：
在温度敏感层120沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随环境中的温度减小时，第一导电层130背离第二导电层140移动，使得第一导电层130与第二导电层140之间的间距增大为：d0+Δd2。则此时，第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容的电容值C2满足公式：
测量电容在变化后的测量电压值U1满足：
并且在t1时间内，充放电控制信号CON同时也控制第二开关K2断开，以使第二恒流源I2通过电流i2对标准电容CST充电。因此，在t1时间内，标准电容CST在充电后的标准电压值Ucst满足：
因此，差分运算放大器OP输出的检测电压值ΔU为：
这样，处理器通过获取检测电压值ΔU，根据检测电压值ΔU以及预先存储的检测电压值和实际温度的对应关系表，可以得到环境的实际温度。
需要说明的是，第一开关K1和第二开关K2在充放电控制信号CON的t2时间内闭合，闭合的第一开关K1以将第二导电层140与接地端GND导通，从而控制测量电容放电。闭合的第二开关K2将标准电容CST的第一端与接地端GND导通，从而控制标准电容CST放电。
通过本实施例可以看出，通过采用两个电容：测量电容和标准电容，测量电容的初始电容值和标准电容的电容值相同。在温度检测过程中，采用相同的电流和相同的充电时间分别使测量电容和标准电容充电至测量电压值和标准电压值，测量电压值和标准电压值再经过差分运算放大器处理，能很好地消除噪声信号的干扰。并且，同时采用差分运算放大器对测量电压值和标准电压值进行差分放大，可以解决小信号采集的难度，有利于后续处理器对信号采集的处理。
并且，需要说明的是，本发明实施例中所说的相同并不是绝对的相同，而均是在满足误差允许范围时所认为的相同。
实施例三、
本实施例对应的信号采集电路的结构示意图如图7所示，其针对实施例二中处理控制单元的实施方式进行了变形。下面仅说明本实施例与实施例二的区别之处，其相同之处在此不作赘述。
在具体实施时，处理控制单元可以被配置为根据检测电压值确定测量电容随温度变化的电容变化量；根据电容变化量的绝对值确定温度变化量；在电容变化量大于变化量阈值时，将初始温度加上温度变化量后的数值确定为实际温度；在电容变化量小于变化量阈值时，将初始温度减去温度变化量后的数值确定为实际温度。其中，变化量阈值可以设置为0。当然，变化量阈值也可以设置为其他数值，在此不作限定。进一步地，处理控制单元420可以包括处理器。在实际应用中，处理器可以为结合软件和硬件方面的实施例的形式。
下面以图7所示的信号采集电路为例，结合图6所示的充放电控制信号CON的时序图，对本发明的工作过程进行详细说明。
在对环境进行温度检测时，首先，在t1时间内，充放电控制信号CON控制第一开关K1断开，以使第一恒流源I1通过电流i1对测量电容充电i1*t1。之后将温度传感器设置于所要检测的环境中。在温度敏感层120沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随环境中的温度增加时，第一导电层130朝向第二导电层140移动，使得第一导电层130与第二导电层140之间的间距减小为：d0-Δd1。则此时，第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容的电容值C1满足公式：
测量电容在变化后的电压值U1可以为：
由于标准电容CST的电容值与测量电容的初始电容值C0相同，并且在t1时间内，充放电控制信号CON同时也控制第二开关K2断开，以使第二恒流源I2通过电流i2对标准电容CST充电。因此，在t1时间内，标准电容CST在充电后的电压值Ucst满足：
因此，差分运算放大器OP输出的检测电压值ΔU为：
由于i1、t1以及C0是预先设定的，因此处理器可以根据检测电压值
得到C1，从而根据C1和C0，可以确定出测量电容随温度变化的电容变化量ΔC＝C1-C0。由于
可以看出ΔC与Δd1近似呈线性关系，为了减小非线性误差，则需要设计Δd1远小于d0，并使Δd1在极小范围内变化。从而有如下公式：
聚四氟乙烯在沿承载管110的轴向方向F1上的厚度变化量ΔL＝K*L0*ΔT；其中，K代表聚四氟乙烯的膨胀系数，L0代表室温下聚四氟乙烯在沿承载管110的轴向方向F1上的厚度，ΔT代表环境温度的变化量。由于ΔL＝Δd1，则
因此，可以根据电容变化量的绝对值|ΔC|确定温度变化量ΔT。在电容变化量ΔC大于变化量阈值时，将初始温度(例如室温的温度值T室温)加上温度变化量ΔT后的数值T室温+ΔT，确定为实际温度。
在温度敏感层120沿承载管110的轴向方向F1上的厚度随环境中的温度减小时，第一导电层130背离第二导电层140移动，使得第一导电层130与第二导电层140之间的间距增大为：d0+Δd2。则此时，第一导电层130与第二导电层140形成的测量电容的电容值C2满足公式：
测量电容在变化后的电压值U1满足：
并且在t1时间内，充放电控制信号CON同时也控制第二开关K2断开，以使第二恒流源I2通过电流i2对标准电容CST充电。因此，在t1时间内，标准电容CST在充电后的电压值Ucst满足：
因此，差分运算放大器OP输出的检测电压值ΔU为：
由于i1、t1以及C0是预先设定的，因此处理器可以根据检测电压值
得到C2，从而根据C2和C0，可以确定出测量电容随温度变化的电容变化量ΔC＝C2-C0。由于
可以看出ΔC与Δd2近似呈线性关系，为了减小非线性误差，则需要设计Δd2远小于d0，并使Δd2在极小范围内变化。从而有如下公式：
聚四氟乙烯在沿承载管110的轴向方向F1上的厚度变化量ΔL＝K*L0*ΔT；其中，K代表聚四氟乙烯的膨胀系数，L0代表室温下聚四氟乙烯在沿承载管110的轴向方向F1上的厚度，ΔT代表环境温度的变化量。由于ΔL＝Δd1，则
因此，可以根据电容变化量的绝对值|ΔC|确定温度变化量ΔT。在电容变化量ΔC小于变化量阈值时，将初始温度(例如室温的温度值T室温)减去温度变化量ΔT后的数值T室温-ΔT，确定为实际温度。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种温度检测装置，可以包括本发明实施例提供的上述温度传感器和信号采集电路。该温度检测装置解决问题的原理与前述温度传感器和信号采集电路相似，因此该温度检测装置的实施可以参见前述温度传感器和信号采集电路的实施，重复之处在此不再赘述。
在具体实施时，如图8所示，可以将信号采集电路400设置于温度传感器的承载管110中。这样可以提高集成度。具体地，信号采集电路400可以设置于绝缘层160背离基座100一侧。当然，也可以将信号采集电路与温度传感器分开设置，在此不作限定。
本发明实施例提供的温度传感器、信号采集电路及温度检测装置，通过设置第一导电层与第二导电层，并使第一导电层与第二导电层具有正对面积且第一导电层与第二导电层之间间隔预设距离，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构。并且，通过在第一导电层与基座之间设置填充在承载管中的温度敏感层，由于温度敏感层在沿承载管的轴向方向上的厚度可以随温度的变化而变化，以及使第二导电层的位置固定，以使第一导电层与第二导电层形成电容结构的测量电容随温度敏感层厚度的变化而变化。从而在进行温度检测时，可以根据测量电容的变化以确定实际温度，以实现电容式温度传感器，进而可以提高温度传感器的抗电磁干扰能力，有利于应用于强电磁干扰的环境中。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (17)
1.一种温度传感器，其特征在于，包括：基座、位于所述基座上的承载管，位于所述基座上且填充于所述承载管中的温度敏感层，以及依次位于所述温度敏感层背离所述基座一侧的第一导电层与第二导电层；其中，所述第一导电层与所述第二导电层具有正对面积，且所述第一导电层与所述第二导电层之间间隔预设距离；
所述温度敏感层在沿所述承载管的轴向方向上的厚度随温度的变化而变化；所述第二导电层的位置固定，以使所述第一导电层与所述第二导电层形成的测量电容随所述温度敏感层厚度的变化而变化。
2.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一导电层固定于所述温度敏感层上。
3.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一导电层与所述第二导电层之间包括空气间隙或介质层；
所述介质层的厚度随所述温度敏感层厚度的变化而变化。
4.如权利要求1-3任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述温度敏感层的材料包括聚四氟乙烯。
5.如权利要求1-3任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器还包括：位于所述温度敏感层与所述承载管之间的润滑剂。
6.如权利要求1-3任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述承载管包括陶瓷管。
7.如权利要求1-3任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器还包括：覆盖所述承载管外表面的屏蔽层；所述屏蔽层与接地端电连接。
8.一种用于如权利要求1-7任一项所述的温度传感器的信号采集电路，其特征在于，包括：第一充放电单元与处理控制单元；其中，
所述第一充放电单元被配置为响应于充放电控制信号，控制所述第一导电层与所述第二导电层形成的测量电容进行充电和放电；
所述处理控制单元被配置为根据所述测量电容确定实际温度。
9.如权利要求8所述的信号采集电路，其特征在于，所述第一导电层与接地端电连接；所述第二导电层与所述处理控制单元电连接；所述第一充放电单元包括：第一恒流源和第一开关；
所述第一恒流源的第一端与所述第二导电层电连接，所述第一恒流源的第二端与所述接地端电连接；
所述第一开关的控制端用于接收所述充放电控制信号，所述第一开关的第一端与所述第二导电层电连接，所述第一开关的第二端与所述接地端电连接。
10.如权利要求9所述的信号采集电路，其特征在于，所述信号采集电路还包括：第二充放电单元、标准电容以及差分放大单元；其中，所述标准电容的电容值和所述测量电容在初始温度时的初始电容值相同；所述第二导电层通过所述差分放大单元与所述处理控制单元电连接；
所述第二充放电单元被配置为响应于所述充放电控制信号，控制所述标准电容进行充电和放电；
所述差分放大单元被配置为接收所述测量电容在充电完成后的测量电压值以及接收所述标准电容在充电完成后的标准电压值，根据所述测量电压值与所述标准电压值，输出检测电压值；
所述处理控制单元被配置为接收所述检测电压值，根据所述检测电压值确定所述实际温度。
11.如权利要求10所述的信号采集电路，其特征在于，所述第二充放电单元包括：第二恒流源和第二开关；
所述第二恒流源的第一端与所述标准电容的第一端电连接，所述第二恒流源的第二端与接地端电连接；
所述标准电容的第二端与所述接地端电连接；
所述第二开关的控制端用于接收所述充放电控制信号，所述第二开关的第一端与所述标准电容的第一端电连接，所述第二开关的第二端与所述接地端电连接；
所述标准电容的第一端与所述差分放大单元电连接。
12.如权利要求10所述的信号采集电路，其特征在于，所述差分放大单元包括：差分运算放大器；
所述差分运算放大器的负相输入端与所述第二导电层电连接，所述差分运算放大器的正相输入端与所述标准电容的第一端电连接，所述差分运算放大器的输出端与所述处理控制单元电连接，用于输出所述检测电压值。
13.如权利要求10所述的信号采集电路，其特征在于，所述处理控制单元被配置为根据所述检测电压值以及预先存储的检测电压值和实际温度的对应关系表，确定所述实际温度。
14.如权利要求10所述的信号采集电路，其特征在于，所述处理控制单元被配置为根据所述检测电压值确定所述测量电容随温度变化的电容变化量；根据所述电容变化量的绝对值确定温度变化量；在所述电容变化量大于变化量阈值时，将所述初始温度加上所述温度变化量后的数值确定为所述实际温度；在所述电容变化量小于所述变化量阈值时，将所述初始温度减去所述温度变化量后的数值确定为所述实际温度。
15.如权利要求8-14任一项所述的信号采集电路，其特征在于，所述处理控制单元包括处理器。
16.一种温度检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的温度传感器和如权利要求8-15任一项所述的信号采集电路。
17.如权利要求16所述的温度检测装置，其特征在于，所述信号采集电路位于所述温度传感器的承载管中。
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