溫檢測上PPT課件

1、2.1 溫標及測溫方法 2.1.1 溫標 經(jīng)驗溫標: :攝氏溫標，華氏溫標，列氏溫標。換算關(guān)系為 C=(5/9)(F-32)=(5/4)R 熱力學(xué)溫標: :又稱為開爾文溫標，用符號K表示。換算關(guān)系為 K=273.15+C 國際實用溫標 第1頁/共47頁2.1 溫標及測溫方法 2.1.2 溫度檢測的主要方法及分類 溫度檢測方法一般可以分為兩大類，即接觸測量法和非接觸測量法。常用的測溫方法、類型及特點如表2.1.1所示。 第2頁/共47頁2.2 膨脹式溫度計 膨脹式溫度計分為液體膨脹式溫度計和固體膨脹式溫度計兩大類。 2.2.1 雙金屬溫度計 雙金屬溫度計的特點: :抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠

2、，讀數(shù)方便，但它的精度不高，測量范圍也不大。第3頁/共47頁2.2 膨脹式溫度計Bimetallic thermometer第4頁/共47頁2.2 膨脹式溫度計 Realizations of bimetallic thermometers第5頁/共47頁2.2 膨脹式溫度計電烤箱和電火鍋上的溫度調(diào)節(jié)與控制：電烤箱和電火鍋上的溫度調(diào)節(jié)與控制：第6頁/共47頁2.2 膨脹式溫度計 2.2.2 壓力式溫度計一、壓力式溫度計的結(jié)構(gòu)與原理 二、充氣體的壓力溫度計: :氣體狀態(tài)方程式pV=mRT表明，在密封容器內(nèi)充以氣體，就構(gòu)成充氣體的壓力溫度計。 三、充蒸汽的壓力溫度計: :充蒸汽的壓力溫度計是根據(jù)低

3、沸點液體的飽和蒸氣壓只和氣液分界面的溫度有關(guān)這一原理制成。第7頁/共47頁2.3 電阻式溫度傳感器2.3.1 熱電阻傳感器 測溫基礎(chǔ)：多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。 特點: 精度高，適宜于測低溫。 對金屬材料要求：電阻溫度系數(shù)大，電阻率大，熱容量??；在測溫范圍內(nèi)有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)；電阻與溫度的關(guān)系最好近似于線性，或為平滑的曲線；容易加工，復(fù)制性好，價格便宜。 熱電阻溫度傳感器熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，可將溫度的變化轉(zhuǎn)化溫度的變化而變化的原理制成的，可將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。由金屬（鉑、銅

4、、鎳等）材料制成的稱為電阻的變化。由金屬（鉑、銅、鎳等）材料制成的稱為為熱電阻熱電阻；由半導(dǎo)體材料制成的稱為；由半導(dǎo)體材料制成的稱為熱敏電阻熱敏電阻。第8頁/共47頁一、 鉑電阻 精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。主要用作標準電阻溫度計，也常用于工業(yè)測量。鉑電阻的優(yōu)缺點？ 0850： -2000 ： 工業(yè)標準：50/100/1000；Pt50/Pt100/Pt1000 分度表及其應(yīng)用)BA1 (20tttRR)100C(BA1 320ttttRR391. 10100RR第9頁/共47頁鉑電阻分度表：鉑電阻分度表： 注：手冊上溫度步長為注：手冊上溫度步長為1。必要時可。必要時可插值插值。后同！。后同！

5、第10頁/共47頁二、銅電阻 鉑是貴金屬，價格昂貴，因此在測溫范圍比較小(-50+150)的情況下，可采用銅制成的測溫電阻，稱銅電阻。銅電阻的優(yōu)缺點？ 工業(yè)標準：50/100；Cu50/Cu100 分度表及其應(yīng)用)CBA1 (320ttttRR425. 10100RR第11頁/共47頁銅電阻分度表：分度號：Cu50， 050R 溫度溫度/ /0102030405060708090電阻電阻/050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8

6、379.9882.13第12頁/共47頁鉑電阻傳感器實物鉑電阻傳感器實物第13頁/共47頁 鉑電阻傳感器實物（續(xù)）鉑電阻傳感器實物（續(xù)）第14頁/共47頁耐磨、防腐熱電阻傳感器實物：第15頁/共47頁裝配式熱電阻傳感器實物：第16頁/共47頁軟導(dǎo)線式熱電阻傳感器實物：三線制三線制（熱電（熱電阻的一端引出阻的一端引出一根線，另一一根線，另一端引出兩根端引出兩根線）。見后！線）。見后！第17頁/共47頁三、鐵電阻和鎳電阻 這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可做成體積小，靈敏度高的電阻溫度計，其缺點是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，且電阻值與溫度的關(guān)系線性差。第18頁/共47頁

7、四種金屬電阻溫度特性比較比較比較線性和靈敏線性和靈敏度（電阻的相對度（電阻的相對變化率）！變化率）！t /第19頁/共47頁測低溫和超低溫的熱電阻: : 國際制冷學(xué)會:T120K為冷凍溫區(qū); 120KT0.3K為低溫區(qū); T0.3K為超低溫區(qū)。 常壓下，液氦沸點4.2K，液氮沸點77.3K。 H. K. Onnes，1911，Hg，略低于4.2K，電阻突然消失。后來發(fā)現(xiàn)很多其他材料也有類似現(xiàn)象。 一些材料在某一低溫下電阻消失的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)（superconducting）現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度稱為該超導(dǎo)材料的臨界溫度Tc。 超導(dǎo)材料有重要而廣泛的用途，研究熱點。Tc30K，液氦條件下工作（昂貴、復(fù)雜

8、），稱為低溫超導(dǎo)材料。重點研究高溫超導(dǎo)材料（1986年到液氮溫區(qū)）。第20頁/共47頁測低溫和超低溫的熱電阻: :超導(dǎo)材料進展2004年年12月，月，中國科學(xué)院中國科學(xué)院電工研究所電工研究所與甘肅長通與甘肅長通電纜公司等電纜公司等合作研制成合作研制成功功75m、10.5 KV1500A交流高溫超交流高溫超導(dǎo)電纜，并導(dǎo)電纜，并接入到甘肅接入到甘肅長通電纜公長通電纜公司司6KV配電網(wǎng)配電網(wǎng)中向車間供中向車間供電運行。電運行。第21頁/共47頁測低溫和超低溫的熱電阻: : 鉑電阻和銅電阻不適合測低溫和超低溫。 銦電阻銦電阻：3004.2K，4.215K靈敏度比鉑電阻高10倍。材料軟，復(fù)制性差。 錳電

9、阻錳電阻：632K，靈敏度高。材料脆，難拉絲。 碳電阻碳電阻：液氦溫區(qū)，廉價，對磁場不敏感。熱穩(wěn)定性差。第22頁/共47頁2.3 電阻式溫度傳感器四 、熱電阻傳感器的測量電路 1、三線制（為何采用三線制？）(條件？優(yōu)點？)第23頁/共47頁2.3 電阻式溫度傳感器 1、三線制(條件？優(yōu)點？)第24頁/共47頁2.3 電阻式溫度傳感器2、四線制（為何采用四線制？）(條件？優(yōu)點？)第25頁/共47頁2.3.2 熱敏電阻傳感器 熱敏電阻是用一種半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特點是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化。制造熱敏電阻的材料很多，如錳、銅、鎳、鈷和鈦等氧化物，它們按一

10、定比例混合后壓制成型，然后在高溫下焙燒而成。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡單、壽命長、易于維護、動態(tài)特性好等優(yōu)點，因此得到較為廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于遠距離測量和控制中。第26頁/共47頁一、熱敏電阻的分類 正溫度系數(shù)/PTC (positive temperature coefficient)。用于彩電消磁、電器熱保護、發(fā)熱源的恒溫控制、限流等。 負溫度系數(shù)/NTC (negative temperature coefficient) 。用于測溫、溫度補償?shù)?。一般不能并?lián)使用！ 臨界溫度系數(shù)/CTR (critical temperature risistor) （在某一特定溫

11、度下電阻值發(fā)生突變）。用作溫度開關(guān)。第27頁/共47頁三類熱敏電阻的特性：第28頁/共47頁PTC、NTC系列熱敏電阻實物： 恒溫加熱 彩電消磁 電機延時啟動 超大功率型 NTC第29頁/共47頁二、熱敏電阻的主要參數(shù)三、熱敏電阻的特點 優(yōu)點：靈敏度高（溫度系數(shù)較熱電阻的大得多）、體積小、熱貫性小、結(jié)構(gòu)簡單、化學(xué)穩(wěn)定性好、機械性能強、價格低廉、壽命長。 缺點：復(fù)現(xiàn)性和互換性差、非線性嚴重、測溫范圍較窄、目前只能達到-50300。四、熱敏電阻特性線性化 串聯(lián)補償電阻 并聯(lián)補償電阻 它線性化電路第30頁/共47頁第31頁/共47頁 五、熱敏電阻的應(yīng)用1、溫度測量（點溫計，體溫表）2、溫度補償3、溫

12、度控制（舉例）4、過熱保護 第32頁/共47頁 點溫計： 利用熱敏電阻對溫度變化的高度敏感性能，可以制成測量點溫、反應(yīng)迅速的點溫計。點溫計不僅可以用來測量一般的氣體、液體或固體的溫度，而且還適宜于測量微小物體或物體局部的溫度。例如，測量運行中電機軸承的溫度、晶體管外管的溫升、植物葉片溫度、人體內(nèi)血液的溫度等。 S1、S2均為同軸聯(lián)動開關(guān)， S1選擇“斷開、校準、測量”， S2選擇“量程”。R5、R6、RW作用？體溫表：（動畫）第33頁/共47頁 溫控電路：溫控電路： Rt220V被控溫度可調(diào)。被控溫度可調(diào)。大功率加熱用晶閘管（可控硅）或三相加熱。大功率加熱用晶閘管（可控硅）或三相加熱。在實踐中

13、，若精度要求不高，為降低成本、減小體積及在實踐中，若精度要求不高，為降低成本、減小體積及減輕重量，常采用減輕重量，常采用簡易直流電源簡易直流電源! !簡易直流電源的具體簡易直流電源的具體形式可根據(jù)需要而定。形式可根據(jù)需要而定。第34頁/共47頁2.4 熱電偶傳感器 熱電偶作為敏感元件的主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單：其主體實際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的。有較高的準確度 。測量范圍寬：常用的熱電偶可測-501600；用特殊材料的熱電極，可測-1802800。有良好的敏感度。使用方便。第35頁/共47頁熱電效應(yīng)熱電偶基本定律熱電偶材料及常用熱電偶熱電偶冷端溫度補償熱電偶測

14、溫電路 第36頁/共47頁2.4.1 熱電效應(yīng) 如圖，由如圖，由兩段兩段不同不同的的勻質(zhì)勻質(zhì)導(dǎo)體導(dǎo)體A、B組組合，能將溫度合，能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢（或電流）信號的溫度傳感器稱為信號轉(zhuǎn)換成電勢（或電流）信號的溫度傳感器稱為熱電熱電偶偶。熱電偶測溫原理是。熱電偶測溫原理是熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)也稱為塞貝克效應(yīng)。也稱為塞貝克效應(yīng)。熱電勢熱電勢也稱為溫差電也稱為溫差電勢或塞貝克電勢?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為勢或塞貝克電勢?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱電流熱電流。導(dǎo)體。導(dǎo)體A、B稱為稱為熱電極熱電極。測溫時，結(jié)點。測溫時，結(jié)點1置于測溫點，稱為置于測溫點，稱為測測量端量端( (工作端工作端、熱端熱

15、端) )；結(jié)點；結(jié)點2通常保持某一恒定溫度，通常保持某一恒定溫度，稱為稱為參考端參考端( (自由端自由端、冷端冷端) )。 第37頁/共47頁兩種導(dǎo)體的接觸電勢：測量端結(jié)點的接觸電勢為 式中 k波爾茲曼常數(shù)，1.38010-23JK-1 T 接觸處的絕對溫度 e 電子電荷數(shù)，1.60210-19C NA、NB 熱電極A、B的自由電子密度BAABln)(NNekTTE 第38頁/共47頁參考端結(jié)點的接觸電勢為 熱電偶中的接觸電勢為二者的代數(shù)和，即 BA00ABln)(NNekTTEBA00ABABln)()()(NNTTekTETE 第39頁/共47頁單一導(dǎo)體的溫差電勢：熱電極A的溫差電勢為 式

16、中 A熱電極A的湯姆遜系數(shù)。同理，可得熱電極B的溫差電勢。熱電偶中的溫差電勢為二者的代數(shù)和，即 TTTTTE0d),(A0ATTTETTd)(),(0BA0AB 第40頁/共47頁 熱電偶的熱電勢為接觸電勢與溫差電勢之和（后者相對較?。?若兩熱電極材料相同，即使兩結(jié)點溫度不同( (TT0) )，熱電勢也為零。所以，兩個熱電極必須選用不同材料。若兩結(jié)點溫度相同，則熱電勢也為零。熱電勢的大小只與熱電極材料性質(zhì)和結(jié)點溫度有關(guān)，與熱電極的尺寸、形狀及沿?zé)犭姌O溫度分布無關(guān)。注意：若熱電極不是勻質(zhì)的，則沿?zé)犭姌O的溫度梯度會引起附加電勢。給定熱電偶， ，測溫原理？ TNNTTekTTETTd)(ln)(

17、),(0BABA00ABTTTTTE)(),(00AB第41頁/共47頁2.4.2 熱電偶的基本定律中間導(dǎo)體定律標準電極定律連接導(dǎo)體定律中間溫度定律第42頁/共47頁 中間導(dǎo)體定律: 在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對熱電偶回路的熱電勢無影響，即 EABC(T,T0)=EAB(T,T0) 可接入儀表、降低焊接要求！可接入儀表、降低焊接要求！第43頁/共47頁 標準電極定律: 如果將導(dǎo)體C( (熱電極，一般為純鉑絲) )作為標準電極( (也稱參考電極) )，并已知標準電極與任意導(dǎo)體配對時的熱電勢，則在相同結(jié)點溫度( (T，T0) )下，任意兩導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，其熱電勢可由下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)可簡化熱電偶的可簡化熱電偶的選配！選配！第44頁/共47頁 連接導(dǎo)體定律: 在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與連接導(dǎo)線A、B相連接，結(jié)點溫度分別為T、Tn、T0 ，那么回路的熱電勢將等于熱電偶的熱電勢EAB(T,Tn ) 與連接導(dǎo)線A、B在溫度Tn、T0 時熱電勢 EAB (T,Tn ) 的代數(shù)和，即 EABBA (T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB (Tn,T0)