溫度檢測系統(tǒng)課件

1、溫度是表征物體冷熱程度的物理量，為了定量地描述溫度的高低，必須建立溫度標尺，即溫標。溫標就是溫度的數(shù)值表示。各種溫度計和溫度傳感器的溫度數(shù)值均由溫標確定。歷史上提出過多種溫標，如早期的經(jīng)驗溫標（攝氏溫標和華氏溫標）、理論上的熱力學溫標和當前世界通用的國際溫標。 熱力學溫標確定的溫度數(shù)值為熱力學溫度(符號為T)，單位為開爾文(符號為K) 。溫度檢測系統(tǒng)溫度檢測一般采用熱電式傳感器。熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特性來達到檢測的目的。例如，將溫度轉(zhuǎn)化為電阻、磁導或電動勢等的變化，通過適當?shù)臋z測電路，就可由這些電參數(shù)的變化來表達所測溫度的變化。

2、溫度檢測系統(tǒng)通過熟悉熱電阻式傳感器的使用，了解溫度檢測的一般原理和使用條件，掌握溫度傳感器的一般分類、原理和使用方法。任務 認識溫度傳感器知識目標通過實踐操作和訓練理解，初步認識熱電阻式傳感器及其檢測適應性，了解工業(yè)中常用的各種溫度傳感器使用方法和一般規(guī)程。技能目標任務 認識溫度傳感器熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化而變化的特性檢測溫度的。目前應用得較多的熱電阻材料有鉑和銅等。一、熱電阻式溫度傳感器任務 認識溫度傳感器1.鉑電阻由于鉑電阻物理、化學性質(zhì)在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件和作為溫度標準。按國際溫標ITS-90規(guī)定，在-259.34 630.74 溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度

3、計作基準器。鉑電阻與溫度的關系，在0 630.74 以內(nèi)為式中，Rt為溫度為t時的電阻()；R0為溫度為0 時的電阻()；t為溫度()。任務 認識溫度傳感器在-190 0 以內(nèi)為式中，A、B、C為分度系數(shù)(1/)。由以上兩式可知，要確定電阻Rt與溫度t的關系，首先要確定R0的數(shù)值，R0不同時，Rt與t的關系不同。在工業(yè)上將相應于R0=50 和100 的Rt-t關系制成分度表，稱為熱電阻分度表，表6-1為PT100型鉑熱電阻分度持性表，可供使用者查閱。任務 認識溫度傳感器工業(yè)用鉑熱電阻體的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，一般由直徑為0.030.07 mm 的純鉑絲繞在平板形支架上，用銀導線作引出線。任務 認

4、識溫度傳感器2銅電阻在檢測精度不太高、測溫范圍不大的情況下，可以采用銅電阻來代表鉑電阻，這樣可以降低成本，同時也能達到精度要求。在-50 150 的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度呈線性關系，可用式子表示為式中，為銅電阻溫度系數(shù)，其值為4.25 10-34.28 10-3 -1。任務 認識溫度傳感器銅熱電阻體的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。通常用直徑為0.1 mm 的漆包線或絲包線雙線繞制，而后浸以酚醛樹脂成為一個銅電阻體，再用鍍銀銅線作引出線，穿過絕緣套管便制作成銅電阻。同鉑熱電阻一樣，我國以R0值在100 或50 條件下，制成相應分度表作為標準，供使用者查閱。任務 認識溫度傳感器銦電阻用99.999%高純度

5、的銦絲繞成電阻，可在室溫至4.2 K溫度范圍內(nèi)使用。試驗證明，在4.2 K15 K 溫度范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高10倍。其缺點是材料軟，復制性差。錳電阻在2 K63 K溫度范圍內(nèi)，電阻隨溫度變化大，靈敏度高，缺點是材料脆，難拉成絲。碳電阻適合于液氦溫域的溫度檢測，價廉，對磁場不敏感，但熱穩(wěn)定性較差。任務 認識溫度傳感器熱電效應及熱電偶將兩種不同成分的導體組成一個閉合回路，如圖6-5所示，當閉合回路的兩個接點分別置于不同的溫度場中，回路中產(chǎn)生一個方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關的電動勢，這種效應稱為熱電效應。二、熱電偶式溫度傳感器任務 認識溫度傳感器熱電偶的熱電動勢由兩部分組成任務

6、 認識溫度傳感器一部分是兩種導體的接觸電動勢另一部分是單一導體的溫差電動勢常用的熱電偶由兩根不同的導線組成，它們的一端焊接在一起，為工作端（或稱為熱端）T，測溫時將它置于溫度場中；不連接的兩個稱為自由端（或稱為冷端）T0，與檢測儀表引出的導線相連接。當熱端與冷端有溫差時檢測儀表便能測出被測溫度。熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電動勢是隨介質(zhì)溫度變化而變化的，其關系為任務 認識溫度傳感器綜上所述，熱電動勢的大小只與材料和接點溫度有關，與熱電偶的尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關。如果冷端溫度固定，則熱電偶的熱電勢就是被測溫度的單值函數(shù)，即任務 認識溫度傳感器作為熱電偶回路電極的金屬導體應具備以下幾個特點任務 認

7、識溫度傳感器（1）配對的熱電偶應有較大的熱電動勢，并且熱電動勢與溫度盡可能有良好的線性關系（2）能在較寬的溫度范圍內(nèi)應用，并且在長時間工作后，不會發(fā)生明顯的化學及物理性質(zhì)的變化。（3）溫度系數(shù)小，電導率高。（4）易于復制，工藝性與互換性好，便于制定統(tǒng)一的分度表，材料要有一定的韌性，焊接性能好，以利于制作。2.工業(yè)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)形式和用途可分為任務 認識溫度傳感器按照材料可分為任務 認識溫度傳感器任務 認識溫度傳感器1）普通型熱電偶其特點如下（1）絕緣管是為防止兩根熱電極之間以及熱電極與保護套之間短路而設置，形狀一般為圓形、橢圓形，中間開有單孔、雙孔、四孔、六孔，材料視其使用的熱電偶類型

8、而定。（2）保護套管的作用是保護熱電偶的感溫元件免受被測介質(zhì)化學腐蝕、機械損傷，避免火焰和氣流直接沖擊以及提高熱電偶的強度。任務 認識溫度傳感器任務 認識溫度傳感器2）鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶又稱為纜式熱電偶，是由熱電極、絕緣材料（通常為電熔氧化鎂）和金屬保護管三者經(jīng)拉伸結(jié)合而成的。鎧裝熱電偶有單支（雙芯）和雙支（四芯）之分，其檢測端有碰底型、不碰底型、露頭型和帽型等幾種形式，如圖6-8所示。任務 認識溫度傳感器任務 認識溫度傳感器任務 認識溫度傳感器3）薄膜熱電偶薄膜熱電偶是用真空蒸鍍的方法，把兩種熱電極材料分別沉積在絕緣基片上形成的一種快速感溫元件。采用蒸鍍工藝，熱電偶可以做得很薄，尺寸可做得

9、很小。它的特點是熱容量小，響應速度快，特別適用于檢測瞬變的表面溫度和微小面積上的溫度。任務 認識溫度傳感器3.熱電偶冷端的溫度補償任務 認識溫度傳感器補償導線法冷端溫度修正法儀表機械零點調(diào)整法補償電橋法0 恒溫法12345紅外線是位于可見光中紅光以外的光線，因此稱為紅外線。是一種人眼看不見的光線，任何物體，只要其溫度高于絕對零度就有紅外線向周圍空間輻射。物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強。紅外線其波長范圍在0.75m1000m 的頻譜范圍內(nèi)。三、紅外傳感器任務 認識溫度傳感器1. 熱釋電效應熱釋電效應是指當某些電介物質(zhì)的表面溫度發(fā)生變化時，在這些電介物質(zhì)的表面上就會產(chǎn)生電

10、荷的變化。用具有這種效應的電介質(zhì)制成的元件稱為熱釋電元件。熱釋電元件常用材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等。任務 認識溫度傳感器2. 熱釋電紅外傳感器任務 認識溫度傳感器熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路透射過來的紅外線照射在光敏元件上，那么光敏元件輸出的信號由高輸入阻抗的場效應管(FET)放大器放大，并轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗的輸出電壓信號。按照采用的敏感元件的不同，熱釋電紅外傳感器又分為熱敏電阻型紅外傳感器、熱電偶型紅外傳感器、光電池型紅外傳感器、光導纖維型紅外傳感器、光敏電阻型紅外傳感器等。任務 認識溫度傳感器3. 量子型紅外傳感器PbS 量子型紅外光敏元件對近紅外光到3m 紅外光有較高的靈敏度，

11、可在室溫下工作。當紅外光照射在PbS光敏元件上時，因為會發(fā)生光電效應，PbS 光敏元件的阻值發(fā)生變化。因電阻的變化，從而引起PbS 光敏元件兩電極間電壓的變化。因電阻的變化，從而引起PbS 光敏元件兩電極間電壓的變化。任務 認識溫度傳感器PbS 紅外光敏元件主要是由PbS 光敏元件、電極、玻璃基極、引腳等組成。先在玻璃基極上制成金電極，然后蒸鍍PbS薄膜，再引出電極線。為了防止PbS 光敏元件被氧化，將PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或藍寶石做光窗口。當光照射在PbS 光敏元件上時，電極兩端產(chǎn)生光生電動勢，此電動勢的大小與光照強度成比例。任務 認識溫度傳感器任務 認識溫度傳感器PbS

12、紅外光敏元件的結(jié)構(gòu)4. 紅外傳感器的應用紅外傳感器可以檢測到物體發(fā)射出的紅外線，用紅外線作為檢測媒介，實現(xiàn)某些非電量的測量，比可見光做媒介的檢測方法要好。主要體現(xiàn)在：紅外線(指中、遠紅外線)不受周圍可見光的影響，可晝夜測量；由于被測對象本身會輻射紅外線，故不必設光源，比較方便；大氣對某些特定波長范圍內(nèi)的紅外線吸收甚少(如2m2.6m，3m5m，8m14m 三個波段稱為“大氣窗口”)，故適用于遙感、遙測技術(shù)。紅外傳感器及檢測技術(shù)廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、醫(yī)學、土木建筑、海洋、氣象、航空、宇航等各個領域，應用非常廣泛。任務 認識溫度傳感器1) 紅外測溫儀紅外輻射測溫儀由光學系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外傳感

13、器、放大器、顯示器等部分組成。任務 認識溫度傳感器2) 紅外熱像儀通過紅外測溫儀，可以知道物體表面的平均溫度，但要了解物體的溫度分部情況，探測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等情況，就需要把物體的溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來，即紅外成像。目前，主要采用了紅外變像管、紅外攝像管、集成紅外電荷耦合器件三種成像器件，顯示物體紅外輻射的熱像圖。其中，集成紅外電荷耦合器件(紅外CCD)是最理想，最有發(fā)展前途的固態(tài)成像器件。任務 認識溫度傳感器任務 認識溫度傳感器紅外熱像儀原理實訓目標使用熱電阻傳感器檢測沸水溫度，掌握一般情況下的溫度檢測技巧，學會選擇通用條件下的溫度傳感器。實訓一 認識熱電阻傳感器實訓一 認識熱電阻

14、傳感器實訓一 認識熱電阻傳感器實訓一 認識熱電阻傳感器實訓目標使用電爐加熱燒杯中的水，通過熱電阻傳感器檢測燒杯中水的溫升曲線，進一步掌握與溫度相關的數(shù)據(jù)獲得和檢測技巧，提高選擇和調(diào)試普通溫度條件下測溫傳感器的能力。實訓二 使用熱電阻溫度傳感器檢測水的溫升曲線實訓二 使用熱電阻溫度傳感器檢測水的溫升曲線注意事項（1）熱電阻傳感器針對的是水的溫升曲線，傳感器的敏感面需要浸沒于水中，所以檢測過程中注意傳感器在水中的位置情況。（2）檢測時，熱電阻傳感器的伸出導線不能與水發(fā)生接觸。（3）使用電爐加熱清水時，應注意安全，不要使用手直接接觸電爐、燒杯等熱體，同時避免被水蒸氣燙傷。實訓二 使用熱電阻溫度傳感器檢測水的溫升曲線實訓目標使用熱電偶傳感器檢測酒精燈火焰中心溫度，掌握高溫情況下的檢測技巧，學會選擇高溫條件下的溫度傳感器。實訓三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實訓三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實訓三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實訓三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實訓三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實訓三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度注意事項（1）連線時需要使導線連接可靠，接觸電阻盡可能小，以避免在檢測時產(chǎn)生額外檢測誤差。在初次檢測時，可檢查輸入或輸出導線與熱電阻外殼之間的絕緣電阻，如小于100 M，需要更換熱電偶。（2）熱電偶一般用于檢測高