情境一、溫度的檢測

1、2情境一 溫度的檢測【情境描述【情境描述】溫度傳感器用于家電產(chǎn)品中的室內(nèi)空調(diào)、干燥器、電冰箱、微波爐等，還用來控制汽車發(fā)動機，如測定水溫、吸氣溫度等。也廣泛用于檢測化工廠的溶液和氣體的溫度。金屬線和半導(dǎo)體的電阻值會隨溫度的變化而變化。還有，加熱不同金屬線的節(jié)點時，會產(chǎn)生電動勢變化的現(xiàn)象。因此，反過來，通過測定電阻和電動勢來檢測溫度成為溫度傳感器的原理。3任務(wù)一 鹽浴爐溫度的檢測 任務(wù)要求鹽浴爐(圖1-1)是采用熔鹽作為加熱介質(zhì)的熱處理設(shè)備，特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，加熱速度快且均勻，工件氧化脫碳少，便于細(xì)長工件懸掛加熱和局部加熱。 4任務(wù)一 鹽浴爐溫度的檢測 知識引入熱電偶傳感器可廣泛用于汽車

2、、家庭等，是一種自發(fā)電式傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，常用來測量溫度比較高的加熱爐、氫氣分解爐、重油燃燒爐等。與電阻式溫度檢測器(RTD)、熱電調(diào)節(jié)器、溫度檢測集成電路(IC)相比，熱電偶能夠檢測更寬的溫度范圍，具有較高的性價比。另外，熱電偶的魯棒性、可靠性和快速響應(yīng)時間使其成為各種工作環(huán)境下的首選。當(dāng)然，熱電偶在溫度測量中也存在一些缺陷，例如線性特性較差。除此之外，RTD和IC能提供更高的靈敏度和精度，可以很理想地用于精確測量系統(tǒng)。熱電偶信號電平很低，常常需要放大或高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。5一、認(rèn)識熱電偶溫度傳感器1熱電偶測溫導(dǎo)線熱電偶測溫導(dǎo)線 2裝配式熱電偶裝配式熱電偶3鎧

3、裝熱電偶鎧裝熱電偶6二、熱電偶的使用把不同材質(zhì)的金屬線把不同材質(zhì)的金屬線A，B連接成如圖連接成如圖1-5(a)所所示，串接成一個閉合回路，若導(dǎo)體的兩接點處示，串接成一個閉合回路，若導(dǎo)體的兩接點處P點和點和Q點的溫度不同，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，點的溫度不同，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，那么這個金屬線回路中就有電流產(chǎn)生的現(xiàn)象，那么這個金屬線回路中就有電流產(chǎn)生的現(xiàn)象，稱為塞貝克效應(yīng)稱為塞貝克效應(yīng)(又稱熱電效應(yīng)又稱熱電效應(yīng))。 7二、熱電偶的使用閉合電路里有電流，是存在電動勢的證據(jù)，閉合電路里有電流，是存在電動勢的證據(jù)，稱它為熱電動勢。如圖稱它為熱電動勢。如圖1-5(b)所示，中間的所示，中間的溫度為溫度為

4、t3，t4，即使在中間連接了另一種金，即使在中間連接了另一種金屬屬C，只要兩端的溫度，只要兩端的溫度t5相同，那么熱電動相同，那么熱電動勢的大小不變。若代替勢的大小不變。若代替C接電壓表，可以測接電壓表，可以測定電動勢，反過來可求得溫度差定電動勢，反過來可求得溫度差t1-t2，如圖，如圖1-6所示。所示。測物體表面的較低溫度時，將熱電偶緊貼表測物體表面的較低溫度時，將熱電偶緊貼表面使用，如圖面使用，如圖1-7(a)所示。測高溫氣體時使所示。測高溫氣體時使用裝在保護(hù)管用裝在保護(hù)管(瓷器或者絕緣的金屬瓷器或者絕緣的金屬)內(nèi)的熱內(nèi)的熱電偶，如圖電偶，如圖1-7(b)所示。將熱電偶的接點置所示。將熱電

5、偶的接點置于燃?xì)馊∨鞯幕鹧嬷?，一旦火焰熄滅就沒于燃?xì)馊∨鞯幕鹧嬷?，一旦火焰熄滅就沒有熱電動勢，經(jīng)電子電路關(guān)閉燃?xì)忾y。有熱電動勢，經(jīng)電子電路關(guān)閉燃?xì)忾y。8三、熱電偶的分度國際電工委員會國際電工委員會(IEC)向世界各國推薦向世界各國推薦8種標(biāo)準(zhǔn)種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，表化熱電偶，表1-3所示為我國采用的幾種熱電偶所示為我國采用的幾種熱電偶的分度規(guī)格和特性表。的分度規(guī)格和特性表。9 任務(wù)實施一、熱電偶傳感器的選型一、熱電偶傳感器的選型根據(jù)鹽浴爐的測溫范圍和使用要求，結(jié)合熱電偶的相關(guān)知識，選用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶作為測溫傳感器，并且熱電偶和保護(hù)套管的選用應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時間長

6、短來選擇。安裝時一般將熱電偶安裝在管道的中心線位置上，并使熱電偶測量端面向流體，使測量端充分與被測介質(zhì)接觸，提高測量準(zhǔn)確性，盡可能測得介質(zhì)的真實溫度。為保證測溫精度，熱電偶要定期校驗。校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電偶在同一校驗爐或恒溫水槽中進(jìn)行比對。10二、熱電偶傳感器的使用1熱電偶的冷端處理2熱電偶的冷端補償1)冰點槽法2)補償導(dǎo)線法3)計算修正法4)補償電橋法5)軟件處理法11三、測量參考電路測量時可將熱電偶的熱端插入鹽浴爐內(nèi)檢測爐測量時可將熱電偶的熱端插入鹽浴爐內(nèi)檢測爐溫溫T，冷端通過補償導(dǎo)線與測量儀表的輸入銅導(dǎo)，冷端通過補償導(dǎo)線與測量儀表的輸入銅導(dǎo)線相連，插入冰瓶確保線相連，插入

7、冰瓶確保T =0，通過測量儀表，通過測量儀表測得的熱電動勢，即可確定爐內(nèi)的實際溫度。測得的熱電動勢，即可確定爐內(nèi)的實際溫度。測量爐溫電路如圖測量爐溫電路如圖1-11所示。所示。12四、總結(jié)調(diào)試熱電偶的定期校驗，能夠確保測溫的精熱電偶的定期校驗，能夠確保測溫的精度。校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校度。校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電偶裝在同一校驗爐中進(jìn)行對比，驗熱電偶裝在同一校驗爐中進(jìn)行對比，誤差超過規(guī)定允許值為不合格。誤差超過規(guī)定允許值為不合格。熱電偶測溫過程中產(chǎn)生誤差的原因還可熱電偶測溫過程中產(chǎn)生誤差的原因還可能是熱電偶長期處于高溫環(huán)境下已氧化能是熱電偶長期處于高溫環(huán)境下已氧化變質(zhì)或者測量

8、儀表精度不高等。變質(zhì)或者測量儀表精度不高等。13 能力拓展一、簡易熱電偶的制作一、簡易熱電偶的制作使用漆包銅線和康銅絲、萬用表、酒精燈等實驗室常用設(shè)備材料制作簡易的熱電偶如圖1-12所示，認(rèn)識熱電偶的主要特性，了解熱電偶的工業(yè)應(yīng)用，掌握普通熱電偶的基本使用方法和溫度補償?shù)某Ｓ梅椒ā?4二、冷端補償?shù)牡湫蛻?yīng)用圖圖1-13所示是利用硅傳感器所示是利用硅傳感器IC進(jìn)行冷端補償進(jìn)行冷端補償 表表1-4所示是圖所示是圖1-13所示電路的測量結(jié)果所示電路的測量結(jié)果 15任務(wù)二 家用電器溫度的檢測 任務(wù)要求電冰箱、空調(diào)、電熱水器、洗衣機等家用電器中，均需要對溫度進(jìn)行檢測，這里使用的溫度傳感器要求體積小、重量

9、輕，價格低，可以選用熱敏電阻及集成溫度傳感器作為測溫傳感器，用來控制家電，如測定水溫、空氣溫度等。溫度傳感器也廣泛用于控制汽車發(fā)動機及檢測化工廠的溶液和氣體的溫度。 知識引入在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻式傳感器和集成溫度傳感器，熱電阻式傳感器是利用導(dǎo)電物體的電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器，包括熱電阻和熱敏電阻。集成溫度傳感器是采用微電子技術(shù)和集成工藝，將溫度敏感元件和放大、運算及補償電路集成在一片芯片上，從而構(gòu)成集測量、放大、電源供電回路于一體的高性能溫度傳感器，又稱溫度IC。16一、認(rèn)識溫度傳感器1熱電阻1)鎧裝熱電阻2)薄膜及厚膜型鉑熱電阻2熱敏電阻1)正

10、溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)2)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)3)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻器(CTR)3集成溫度傳感器1)電流輸出型集成溫度傳感器AD5902)電壓輸出型集成溫度傳感器AN6701S17二、溫度傳感器的使用1熱敏電阻的使用2集成溫度傳感器AD590的使用3集成溫度傳感器AN6701S的使用18 任務(wù)實施一、熱敏電阻的選型一、熱敏電阻的選型熱敏電阻的形式多種多樣，有圓片型、圓柱型、球型等。常用的熱敏電阻為NTC熱敏電阻，主要用于溫度測量和補償，測溫范圍一般在-50+350，也可用于低溫測量(-1300)，中溫測量(150750)，甚至更高溫度。PN結(jié)傳感器利用了理想二極管的PN結(jié)在恒

11、定電流下，正向電壓隨溫度成近似線性關(guān)系的原理。將溫敏二極管或三極管、放大電路、溫度補償電路等功能集成在一塊芯片上，可制成集成溫度傳感器，其具有線性度好、靈敏度高、體積小、穩(wěn)定性好、輸出信號大且規(guī)范化等優(yōu)點。集成溫度傳感器按輸出形式分為電壓輸出型和電流輸出型兩種，電壓型的靈敏度一般為10mV/，電流型的靈敏度一般為1A/，并且具有絕對零度輸出電量為零的特性。AD590是電流輸出型溫度傳感器的典型產(chǎn)品，其利用電路產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出，溫度靈敏系數(shù)為，測溫范圍-55+150，供電電壓范圍+4+30V。19二、熱敏電阻的實際應(yīng)用20三、測量參考電路1熱敏電阻數(shù)顯溫度計電路21三、測量

12、參考電路2簡易AD590溫度計電路22三、測量參考電路3AD590數(shù)字式絕對/攝氏溫度計電路23四、總結(jié)調(diào)試24 能力拓展一、熱敏電阻在電視機上的應(yīng)用一、熱敏電阻在電視機上的應(yīng)用PTC熱敏電阻器常用于彩色電視機的消磁電路中，如圖1-31所示。彩色電視機開機通電后，消磁回路產(chǎn)生一個很大的電流，同時產(chǎn)生一個很強的交變磁場。由于電路中PTC熱敏電阻的作用，這一強交變磁場可在相當(dāng)短的時間內(nèi)衰減到極弱的程度。隨著回路電流由大變小，磁場則由強變?nèi)酰瑥亩詣訉⒉噬@像管陰罩、防爆帶等鐵制件上的剩磁消掉，保證了彩色顯像管的色純度。25二、溫度-頻率轉(zhuǎn)換器采用采用LM334溫度溫度-頻率轉(zhuǎn)換電路的如圖頻率轉(zhuǎn)換電

13、路的如圖1-32所示。所示。 26三、紅外非接觸測溫1紅外輻射2紅外傳感器1)紅外熱敏探測器2)紅外光電探測器3)熱敏探測器與光子探測器的性能比較(1) 熱敏探測器對各種波長都能響應(yīng)，光子探測器只對一段波長區(qū)間有響應(yīng)。(2) 熱敏探測器不需要冷卻，光子探測器需要冷卻。(3) 熱敏探測器響應(yīng)時間長。(4) 光子探測器容易實現(xiàn)規(guī)格化。27三、紅外非接觸測溫3紅外非接觸測溫特點(1)測量過程不影響被測目標(biāo)的溫度分布，可用于對遠(yuǎn)距離、帶電及不能接觸的物體測溫。(2)響應(yīng)速度快，適宜對高速運動物體進(jìn)行測溫。(3)靈敏度高，能分辨微小的溫度變化。(4)測溫范圍寬(-303000)，可用于高溫測量，又可用于

14、冰點以下的溫度測量，在測量-10+1300之間溫度時，采用比色(雙波段)測溫原理的比色溫度計是不需要修正讀數(shù)的測溫計。(5)傳感器的光學(xué)部分嚴(yán)禁用手摸、擦，防止損傷和沾污，存放時注意防潮、防震和防腐。28思考與練習(xí)題1-1什么是熱電效應(yīng)？熱電勢由哪幾部分組成？什么是熱電效應(yīng)？熱電勢由哪幾部分組成？1-2熱電偶產(chǎn)生熱電勢的原因和條件是什么？熱電偶產(chǎn)生熱電勢的原因和條件是什么？1-3描述熱電偶的四個基本定律和它們的實用價值。描述熱電偶的四個基本定律和它們的實用價值。1-4為什么熱電偶需要冷端補償？冷端補償有哪幾種方法？為什么熱電偶需要冷端補償？冷端補償有哪幾種方法？1-5用鎳鉻用鎳鉻-鎳硅鎳硅(K

15、型型)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40，用高精度，用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mV，求被測點的溫度。，求被測點的溫度。1-6用鎳鉻用鎳鉻-鎳硅鎳硅(K型型)熱電偶測量爐溫，已知熱端溫度為熱電偶測量爐溫，已知熱端溫度為800，冷端溫度，冷端溫度為為50，為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)及顯示，要將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢信號送，為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)及顯示，要將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢信號送到儀表室，儀表室的溫度為到儀表室，儀表室的溫度為20，分別求冷端用銅導(dǎo)線與用補償導(dǎo)線連接，分別求冷端用銅導(dǎo)線與用補償導(dǎo)線連接到儀表測得的爐溫？并比較結(jié)果。到儀表測得的爐溫？并比較結(jié)果。1-7簡述熱電阻測溫原理，常用熱電阻有哪些？它們的性能特點是什么？簡述熱電阻測溫原理，常用熱電阻有哪些？它們的