情境一、溫度的檢測(cè)

1、2情境一 溫度的檢測(cè)【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(lái)控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，如測(cè)定水溫、吸氣溫度等。也廣泛用于檢測(cè)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(huì)隨溫度的變化而變化。還有，加熱不同金屬線的節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)變化的現(xiàn)象。因此，反過(guò)來(lái)，通過(guò)測(cè)定電阻和電動(dòng)勢(shì)來(lái)檢測(cè)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(cè) 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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)工件懸掛加熱和局部加熱。 4任務(wù)一 鹽浴爐溫度的檢測(cè) 知識(shí)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(cè)量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，常用來(lái)測(cè)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(cè)器(RTD)、熱電調(diào)節(jié)器、溫度檢測(cè)集成電路(IC)相比，熱電偶能夠檢測(cè)更寬的溫度范圍，具有較高的性價(jià)比。另外，熱電偶的魯棒性、可靠性和快速響應(yīng)時(shí)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)。熱電偶信號(hào)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(shí)熱電偶溫度傳感器1熱電偶測(cè)溫導(dǎo)線熱電偶測(cè)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(gè)閉合回路，若導(dǎo)體的兩接點(diǎn)處示，串接成一個(gè)閉合回路，若導(dǎo)體的兩接點(diǎn)處P點(diǎn)和點(diǎn)和Q點(diǎn)的溫度不同，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，點(diǎn)的溫度不同，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，那么這個(gè)金屬線回路中就有電流產(chǎn)生的現(xiàn)象，那么這個(gè)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(dòng)勢(shì)的證據(jù)，閉合電路里有電流，是存在電動(dòng)勢(shì)的證據(jù)，稱它為熱電動(dòng)勢(shì)。如圖稱它為熱電動(dòng)勢(shì)。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(dòng)相同，那么熱電動(dòng)勢(shì)的大小不變。若代替勢(shì)的大小不變。若代替C接電壓表，可以測(cè)接電壓表，可以測(cè)定電動(dòng)勢(shì)，反過(guò)來(lái)可求得溫度差定電動(dòng)勢(shì)，反過(guò)來(lái)可求得溫度差t1-t2，如圖，如圖1-6所示。所示。測(cè)物體表面的較低溫度時(shí)，將熱電偶緊貼表測(cè)物體表面的較低溫度時(shí)，將熱電偶緊貼表面使用，如圖面使用，如圖1-7(a)所示。測(cè)高溫氣體時(shí)使所示。測(cè)高溫氣體時(shí)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(diǎn)置所示。將熱電

5、偶的接點(diǎn)置于燃?xì)馊∨鞯幕鹧嬷?，一旦火焰熄滅就沒(méi)于燃?xì)馊∨鞯幕鹧嬷校坏┗鹧嫦缇蜎](méi)有熱電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)電子電路關(guān)閉燃?xì)忾y。有熱電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)電子電路關(guān)閉燃?xì)忾y。8三、熱電偶的分度國(guó)際電工委員會(huì)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)向世界各國(guó)推薦向世界各國(guó)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(guó)采用的幾種熱電偶所示為我國(guó)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(shí)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(cè)溫范圍和使用要求，結(jié)合熱電偶的相關(guān)知識(shí)，選用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶作為測(cè)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(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)

6、短來(lái)選擇。安裝時(shí)一般將熱電偶安裝在管道的中心線位置上，并使熱電偶測(cè)量端面向流體，使測(cè)量端充分與被測(cè)介質(zhì)接觸，提高測(cè)量準(zhǔn)確性，盡可能測(cè)得介質(zhì)的真實(shí)溫度。為保證測(cè)溫精度，熱電偶要定期校驗(yàn)。校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶在同一校驗(yàn)爐或恒溫水槽中進(jìn)行比對(duì)。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(bǔ)償1)冰點(diǎn)槽法2)補(bǔ)償導(dǎo)線法3)計(jì)算修正法4)補(bǔ)償電橋法5)軟件處理法11三、測(cè)量參考電路測(cè)量時(shí)可將熱電偶的熱端插入鹽浴爐內(nèi)檢測(cè)爐測(cè)量時(shí)可將熱電偶的熱端插入鹽浴爐內(nèi)檢測(cè)爐溫溫T，冷端通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線與測(cè)量?jī)x表的輸入銅導(dǎo)，冷端通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線與測(cè)量?jī)x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(guò)測(cè)量?jī)x表，通過(guò)測(cè)量?jī)x表測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)，即可確定爐內(nèi)的實(shí)際溫度。測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)，即可確定爐內(nèi)的實(shí)際溫度。測(cè)量爐溫電路如圖測(cè)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(yàn)，能夠確保測(cè)溫的精熱電偶的定期校驗(yàn)，能夠確保測(cè)溫的精度。校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校度。校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過(guò)規(guī)定允許值為不合格。誤差超過(guò)規(guī)定允許值為不合格。熱電偶測(cè)溫過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因還可熱電偶測(cè)溫過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因還可能是熱電偶長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境下已氧化能是熱電偶長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境下已氧化變質(zhì)或者測(cè)量

8、儀表精度不高等。變質(zhì)或者測(cè)量?jī)x表精度不高等。13 能力拓展一、簡(jiǎn)易熱電偶的制作一、簡(jiǎn)易熱電偶的制作使用漆包銅線和康銅絲、萬(wàn)用表、酒精燈等實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備材料制作簡(jiǎn)易的熱電偶如圖1-12所示，認(rèn)識(shí)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(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ā?4二、冷端補(bǔ)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(bǔ)償進(jìn)行冷端補(bǔ)償 表表1-4所示是圖所示是圖1-13所示電路的測(cè)量結(jié)果所示電路的測(cè)量結(jié)果 15任務(wù)二 家用電器溫度的檢測(cè) 任務(wù)要求電冰箱、空調(diào)、電熱水器、洗衣機(jī)等家用電器中，均需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，這里使用的溫度傳感器要求體積小、重量

9、輕，價(jià)格低，可以選用熱敏電阻及集成溫度傳感器作為測(cè)溫傳感器，用來(lái)控制家電，如測(cè)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(dòng)機(jī)及檢測(cè)化工廠的溶液和氣體的溫度。 知識(shí)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(yùn)算及補(bǔ)償電路集成在一片芯片上，從而構(gòu)成集測(cè)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(shí)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(shí)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(cè)量和補(bǔ)償，測(cè)溫范圍一般在-50+350，也可用于低溫測(cè)量(-1300)，中溫測(cè)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(bǔ)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(hào)大且規(guī)范化等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)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(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電流作為輸出，溫度靈敏系數(shù)為，測(cè)溫范圍-55+150，供電電壓范圍+4+30V。19二、熱敏電阻的實(shí)際應(yīng)用20三、測(cè)量參考電路1熱敏電阻數(shù)顯溫度計(jì)電路21三、測(cè)量

12、參考電路2簡(jiǎn)易AD590溫度計(jì)電路22三、測(cè)量參考電路3AD590數(shù)字式絕對(duì)/攝氏溫度計(jì)電路23四、總結(jié)調(diào)試24 能力拓展一、熱敏電阻在電視機(jī)上的應(yīng)用一、熱敏電阻在電視機(jī)上的應(yīng)用PTC熱敏電阻器常用于彩色電視機(jī)的消磁電路中，如圖1-31所示。彩色電視機(jī)開機(jī)通電后，消磁回路產(chǎn)生一個(gè)很大的電流，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的交變磁場(chǎng)。由于電路中PTC熱敏電阻的作用，這一強(qiáng)交變磁場(chǎng)可在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)衰減到極弱的程度。隨著回路電流由大變小，磁場(chǎng)則由強(qiáng)變?nèi)?，從而自?dòng)將彩色顯像管陰罩、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(cè)溫1紅外輻射2紅外傳感器1)紅外熱敏探測(cè)器2)紅外光電探測(cè)器3)熱敏探測(cè)器與光子探測(cè)器的性能比較(1) 熱敏探測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)都能響應(yīng)，光子探測(cè)器只對(duì)一段波長(zhǎng)區(qū)間有響應(yīng)。(2) 熱敏探測(cè)器不需要冷卻，光子探測(cè)器需要冷卻。(3) 熱敏探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。(4) 光子探測(cè)器容易實(shí)現(xiàn)規(guī)格化。27三、紅外非接觸測(cè)溫3紅外非接觸測(cè)溫特點(diǎn)(1)測(cè)量過(guò)程不影響被測(cè)目標(biāo)的溫度分布，可用于對(duì)遠(yuǎn)距離、帶電及不能接觸的物體測(cè)溫。(2)響應(yīng)速度快，適宜對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)溫。(3)靈敏度高，能分辨微小的溫度變化。(4)測(cè)溫范圍寬(-303000)，可用于高溫測(cè)量，又可用于

14、冰點(diǎn)以下的溫度測(cè)量，在測(cè)量-10+1300之間溫度時(shí)，采用比色(雙波段)測(cè)溫原理的比色溫度計(jì)是不需要修正讀數(shù)的測(cè)溫計(jì)。(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(shí)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(shì)由哪幾部分組成？什么是熱電效應(yīng)？熱電勢(shì)由哪幾部分組成？1-2熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的原因和條件是什么？熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的原因和條件是什么？1-3描述熱電偶的四個(gè)基本定律和它們的實(shí)用價(jià)值。描述熱電偶的四個(gè)基本定律和它們的實(shí)用價(jià)值。1-4為什么熱電偶需要冷端補(bǔ)償？冷端補(bǔ)償有哪幾種方法？為什么熱電偶需要冷端補(bǔ)償？冷端補(bǔ)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(cè)量溫度，已知冷端溫度為熱電偶測(cè)量溫度，已知冷端溫度為40，用高精度，用高精度毫伏表測(cè)得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為毫伏表測(cè)得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為29.188mV，求被測(cè)點(diǎn)的溫度。，求被測(cè)點(diǎn)的溫度。1-6用鎳鉻用鎳鉻-鎳硅鎳硅(K型型)熱電偶測(cè)量爐溫，已知熱端溫度為熱電偶測(cè)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(dòng)勢(shì)信號(hào)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(dòng)勢(shì)信號(hào)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(bǔ)償導(dǎo)線連接，分別求冷端用銅導(dǎo)線與用補(bǔ)償導(dǎo)線連接到儀表測(cè)得的爐溫？并比較結(jié)果。到儀表測(cè)得的爐溫？并比較結(jié)果。1-7簡(jiǎn)述熱電阻測(cè)溫原理，常用熱電阻有哪些？它們的性能特點(diǎn)是什么？簡(jiǎn)述熱電阻測(cè)溫原理，常用熱電阻有哪些？它們的